圆柱螺旋压缩拉伸弹簧的设计计算14页word文档Word文件下载.docx
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知道“是这样”,就是讲不出“为什么”。
根本原因还是无“米”下“锅”。
于是便翻开作文集锦之类的书大段抄起来,抄人家的名言警句,抄人家的事例,不参考作文书就很难写出像样的文章。
所以,词汇贫乏、内容空洞、千篇一律便成了中学生作文的通病。
要解决这个问题,不能单在布局谋篇等写作技方面下功夫,必须认识到“死记硬背”的重要性,让学生积累足够的“米”。
圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数
其实,任何一门学科都离不开死记硬背,关键是记忆有技巧,“死记”之后会“活用”。
不记住那些基础知识,怎么会向高层次进军?
尤其是语文学科涉猎的范围很广,要真正提高学生的写作水平,单靠分析文章的写作技巧是远远不够的,必须从基础知识抓起,每天挤一点时间让学生“死记”名篇佳句、名言警句,以及丰富的词语、新颖的材料等。
这样,就会在有限的时间、空间里给学生的脑海里注入无限的内容。
日积月累,积少成多,从而收到水滴石穿,绳锯木断的功效。
普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸计算公式见表（[color=#0000ff普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式）。
普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式
参数名称及代号
计算公式
备注
压缩弹簧
拉伸弹簧
中径D2
D2=Cd
按普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列表取标准值
内径D1
D1=D2-d
外径D
D=D2+d
旋绕比C
C=D2/d
压缩弹簧长细比b
b=H0/D2
b在1～5.3的范围内选取
自由高度或长度H0
H0≈pn+（1.5～2）d
（两端并紧，磨平）
H0≈pn+（3～3.5）d
（两端并紧，不磨平）
H0=nd+钩环轴向长度
工作高度或长度
H1,H2,…,Hn
Hn=H0-λn
Hn=H0+λn
λn--工作变形量
有效圈数n
根据要求变形量按式（16-11）计算
n≥2
总圈数n1
n1=n+（2～2.5）（冷卷）
n1=n+（1.5～2）（YII型热卷）
n1=n
拉伸弹簧n1尾数为1/4,1/2,3/4整圈。
推荐用1/2圈
节距p
p=（0.28～0.5）D2
p=d
轴向间距δ
δ=p-d
展开长度L
L=πD2n1/cosα
L≈πD2n+钩环展开长度
螺旋角α
α=arctg（p/πD2）
对压缩螺旋弹簧，推荐α=5°
质量ms
ms=
γ为材料的密度，对各种钢，γ=7700kg/
；
对铍青
∙
（二）特性曲线
弹簧应具有经久不变的弹性，且不允许产生永久变形。
因此在设计弹簧时，务必使其工作应力在弹性极限范围内。
在这个范围内工作的压缩弹簧，当承受轴向载荷P时，弹簧将产生相应的弹性变形，如右图a所示。
为了表示弹簧的载荷与变形的关系，取纵坐标表示弹簧承受的载荷，横坐标表示弹簧的变形，通常载荷和变形成直线关系（右图b）。
这种表示载荷与变形的关系的曲线称为弹簧的特性曲线。
对拉伸弹簧，如图<
圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线>
所示，图b为无预应力的拉伸弹簧的特性曲线；
图c为有预应力的拉伸弹簧的特性曲线。
右图a中的H0是压缩弹簧在没有承受外力时的自由长度。
弹簧在安装时，通常预加一个压力Fmin，使它可靠地稳定在安装位置上。
Fmin称为弹簧的最小载荷（安装载荷）。
在它的作用下，弹簧的长度被压缩到H1其压缩变形量为λmin。
Fmax为弹簧承受的最大工作载荷。
在Fmax作用下，弹簧长度减到H2，其压缩变形量增到λmax。
λmax与λmin的差即为弹簧的工作行程h,h=λmax-λmin。
Flim为弹簧的极限载荷。
在该力的作用下，弹簧丝内的应力达到了材料的弹性极限。
与Flim对应的弹簧长度为H3，压缩变形量为λlim。
圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线
等节距的圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线为一直线，亦即
压缩弹簧的最小工作载荷通常取为Fmin=（0.1～0.5）Fmax；
但对有预应力的拉伸弹簧（图<
），Fmin>
F0，F0为使只有预应力的拉伸弹簧开始变形时所需的初拉力。
弹簧的最大工作载荷Fmax，由弹簧在机构中的工作条件决定。
但不应到达它的极限载荷，通常应保持Fmax≤0.8Flim。
弹簧的特性曲线应绘在弹簧工作图中，作为检验和试验时的依据之一。
此外，在设计弹簧时，利用特性曲线分析受载与变形的关系也较方便。
圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线
<
B>
（三）圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧受载时的应力及变形
圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的受力情况是完全一样的。
现就下图<
圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析>
所示的圆形截面弹簧丝的压缩弹簧承受轴向载荷P的情况进行分析。
由图<
圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析a>
（图中弹簧下部断去，末示出）可知，由于弹簧丝具有升角α，故在通过弹簧轴线的截面上，弹簧丝的截面A-A呈椭圆形，该截面上作用着力F及扭矩
。
因而在弹簧丝的法向截面B-B上则作用有横向力Fcosα、轴向力Fsinα、弯矩M=Tsinα及扭矩Tˊ=Tcosα。
由于弹簧的螺旋升角一般取为α=5°
，故sinα≈0；
cosα≈1（下图<
圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析b>
），则截面B-B上的应力（下图<
圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析c>
）可近似地取为
式中C=D2/d称为旋绕比（或弹簧指数）。
为了使弹簧本身较为稳定，不致颤动和过软，C值不能太大；
但为避免卷绕时弹簧丝受到强烈弯曲，C值又不应太小。
C值的范围为4～16（表<
常用旋绕比C值>
）,常用值为5～8。
圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析
常用旋绕比C值
d（mm）
0.2～0.4
0.45～1
1.1～2.2
2.5～6
7～16
18～42
7～14
5～12
5～10
4～9
4～8
4～6
为了简化计算，通常在上式中取1+2C≈2C（因为当C=4～16时，2C>
>
l，实质上即为略去了τp），由于弹簧丝升角和曲率的影响，弹簧丝截面中的应力分布将如图<
c中的粗实线所示。
由图可知，最大应力产生在弹簧丝截面内侧的m点。
实践证明，弹簧的破坏也大多由这点开始。
为了考虑弹簧丝的升角和曲率对弹簧丝中应力的影响，现引进一个补偿系数K（或称曲度系数），则弹簧丝内侧的最大应力及强度条件可表示为
式中补偿系数K，对于圆截面弹簧丝可按下式计算：
圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧受载后的轴向变形量λ可根据材料力学关于圆柱螺旋弹簧变形量的公式求得:
式中：
n—弹簧的有效圈数；
G—弹簧材料的切变模量，见前一节表<
弹簧常用材料及其许用应力>
如以Pmax代替P则
最大轴向变形量为：
1）对于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧：
2）对于有预应力的拉伸弹簧：
拉伸弹簧的初拉力（或初应力）取决于材料、弹簧丝直径、弹簧旋绕比和加工方法。
用不需淬火的弹簧钢丝制成的拉伸弹簧，均有一定的初拉力。
如不需要初拉力时，各圈间应有间隙。
经淬火的弹簧，没有初拉力。
当选取初拉力时，推荐初应力τ0'
值在下图的阴影区内选取。
初拉力按下式计算：
使弹簧产生单位变形所需的载荷kp称为弹簧刚度，即
弹簧初应力的选择范围
弹簧刚度是表征弹簧性能的主要参数之一。
它表示使弹簧产生单位变形时所需的力，刚度愈大，需要的力愈大，则弹簧的弹力就愈大。
但影响弹簧刚度的因素很多，由于kp与C的三次方成反比，即C值对kp的影响很大。
所以，合理地选择C值就能控制弹簧的弹力。
另外，kp还和G、d、n有关。
在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。
/B>
∙（四）承受静载荷的圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计
弹簧的静载荷是指载荷不随时间变化，或虽有变化但变化平稳，且总的重复次数不超过
次的交变载荷或脉动载荷而言。
在这些情况下，弹簧是按静载强度来设计的。
在设计时，通常是根据弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求（例如安装空间对弹簧尺寸的限制）等来决定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。
具体设计方法和步骤如下:
1）根据工作情况及具体条件选定材料，并查取其机械性能数据。
2）选择旋绕比C，通常可取C≈5～8（极限状态时不小于4或超过16），并算出补偿系数K值。
3）根据安装空间初设弹簧中径D2，乃根据C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力。
4）试算弹簧丝直径d'
必须注意，钢丝的许用应力决定于其σB，而σB是随着钢丝的直径变化的,又因[τ]是按估取的d值查得σB的H计算得来的，所以此时试算所得的d'
值，必须与原来估取的d值相比较，如果两者相等或很接近，即可按标准圆整为邻近的标准弹簧钢丝直径d，并按D2=Cd以求出；
如果两者相差较大，则应参考计算结果重估d值，再查其而计算[τ]，代入上式进行试算，直至满意后才能计算D2.计算出的D2，值也要按表<
普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列>
进行圆整。
5）根据变形条件求出弹簧工作圈数：
对于有预应力的拉伸弹簧
对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧
6）求出弹簧的尺寸D、D1、H0,并检查其是否符合安装要求等。
如不符合，则应改选有关参数（例如C值）重新设计。
7）验算稳定性。
对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性（如下图a），这在工作中是不允许的。
为了便于制造及避免失稳现象，建议一般压缩弹簧的长细比b=H0/D2按下列情况选取：
当两端固定时，取b<
5.3；
当一端固定，另一端自由转动时，取b<
3.7；
当两端自由转动时，取b<
2.6。
压缩弹簧失稳及对策
当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满
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