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压缩(拉伸)弹簧的设计

来源:弹簧厂      发布时间:14-05-07 01:26    次浏览   大小:  16px  14px  12px

  相对于承受变载荷的弹簧,除应按最大载荷及变形仿前进行设计外,还应视具体情况进行如下的强度验算及振动验算:

1.强度验算

  承受变载荷的弹簧一般应进行疲劳强度的验算,但如果变载荷的作用次数N,或载荷变化的幅度不大时,通常只进行静强度验算。如果上述这两种情况不能明确区别时,则需同时进行两种强度的验算。

  1)疲劳强度验算

  下图所示为弹簧在变载荷作用下的应力变化状态。图中H0为弹簧的自由长度,P1λ1为安装载荷和预压变形量,P2λ2为工作时的最大载荷和最大变形量。当弹簧所受载荷在P1P2之间不断循环变化时,则可得弹簧材料内部所产生的最大和最小循环切应力为:

       MPa    MPa

弹簧在变载荷作用下的应力变化状态

  对应于上述变应力作用下的普通圆柱螺旋压缩弹簧,应力循环次数N>时,疲劳强度安全系数计算值Sca及强度条件可按下式计算:

          
  式中:τ0——弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限,按变载荷作用次数N,由下表(弹簧材料的脉

        动循环剪切疲劳极限表)中查取;

     SF——弹簧疲劳强度的设计安全系数,当弹簧的设计计算和材料的机械性能数据精确
         性高时,取SF=1.3~1.7;当精确性低时,取SF=1.8~2.2。

弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限

变载荷作用次数N
τ0
0.45σB
0.35σB
0.33σB 0.3σB      注:1)此表适用于高优质钢丝,不锈钢丝,铍青铜和硅青铜丝;
       2)对喷丸处理的弹簧,表中数值可提高20%; 
       3)对于硅青铜,不锈钢丝,N时的τ0值可取0.35σB
       4)表中σB为弹簧材料的拉伸强度极限,MPa。

  2)静强度验算

  静强度安全系数计算值SSca的计算公式及强度条件为 

  式中τS为弹簧材料的剪切屈服极限,静强度的安全系数SS的选取与进行疲劳强度验算时相同。

2.振动验算

  承受变载荷的圆柱螺旋弹簧常是在加载频率很高的情况下工作(如内燃机汽缸阀门弹簧)。为了避免引起弹簧的谐振而导致弹簧的破坏,需对弹簧进行振动验算,以保证其临界工作频率(即工作频率的许用值)远低于其基本自振频率。

  圆柱螺旋弹簧的基本自振频率(本书已将原书公式中的弹簧质量W/smS代替)为

        Hz

  式中:kp--弹簧的刚度,N/mm;

    mS--弹簧的质量,kg。

  将kp,ms的关系式代入上式,并取nn1

        Hz

  式中各符号意义同前,见表<普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸(mm)计算公式>。

  弹簧的基本自振频率fb应不低于其工作频率fw的15~20倍,以避免引起严重的振动。即

      fb(15~20)fw 或 fwfb/(15~20)Hz

  但弹簧的工作频率一般是预先给定的,故当弹簧的基本自振频率不能满足上式时,应增大kp或减小ms,重新进行设计。

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