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Spring type
压缩弹簧的负载和形变关系
(1)负载和形变的关系
施加在弹簧上的负载:P和挠度(形变量):δ成比例(线性)关系,根据 「胡克定律」。比例常数k称为「弹簧常数 」。 【图1】显示了负载和形变之间的关系。 在这个图中,斜度表示弹簧常数:k。
P=kxδk:弹簧常数
利用这一特性,我们设计和制造了测量物体重量的“弹簧秤”、需要一定力量动作的安全阀用弹簧等。
(2)具有不同负载特性的弹簧
弹簧的负载-形变关系除了上述(1)所述的线性特性以外,还有非线性的弹簧。
以压缩螺旋弹簧为例,其中负载和形变为非线性特性的有以下3种。
压缩弹簧非线性特性:圆锥形螺旋弹簧,不等间距螺旋弹簧,统领度螺旋弹簧
非线性压缩螺旋弹簧中[1]螺旋直径,[2]间距和[3]线径中的至少一个以上的设计参数,通过变换螺旋弹簧的位置,负载的增加,来实现线条或线条与座位表面相互接触。
上述列举的代表性非线性特性弹簧的优点·缺点总结如下。
代表性非线性特性弹簧的优点和缺点
圆锥螺旋弹簧:
优点,弹簧形变时候可以避免和周围发生接触等。座面接触型密着度地。
缺点,在等线径情况下,随着螺旋径变小,所吸收的能量也变小。线间接触型密着度变高。
不等间距弹簧:
优点,价格低廉
缺点,密着度高,质量大
锥度螺旋弹簧:
优点, 密着度,可以比不等间距的质量小
缺点, 质量大,造价高
弹簧压缩变短的解决方法
弹簧成型后,通常需要在220-330℃进行退火或热退火,或根据弹簧的工作条件和所选原材料的特点进行淬火和回火,以提高弹簧的受力。然而,当弹簧热处理时,应使用夹具防止环收缩,并在工作时与轴锁紧。其他的,如去除两个外头的角边和径向内、外毛刺,都是不能忽略的。当弹簧有弯曲倾向时,可以用一个圆沿受拉弹簧的轴向进行多次纵向摩擦,使受拉弹簧在表面局部硬化。
1. 弹簧不到位、失效方式及原因
在实际应用中,人们经常遇到弹簧无法将运动物体推到固定位置的情况,即计算出的弹簧自由长度较短。关键原因是弹簧被压缩到压缩高度或压缩高度(如有必要)而没有初始压缩,并且在打开后无法恢复到原来的自由长度。它的缩短被称为“初始压缩”。正常情况下,经过3 ~ 6次压缩后,长度不再缩短,即弹簧“定位”。弹簧在初始压缩后永久变形。
2. 预防措施
在实际工作中,即使压缩弹簧的力超过了原材料的弹性极限,也应能保持其工作长度。因此,完成弹簧的长度应该等于计算长度和初始压缩弹簧,弹簧不能到位,然后它会引起危险的压力弹簧环时收紧,这将导致弹簧的异常指示线,而不是取代弹簧指示线。在成品弹簧的整个热处理过程中,特别是在调质淬火过程中,工件被水平放置在炉内,以避免弹簧由于自身的重量效应而缩短,造成操作不当。
弹簧力不足是弹簧力造成的指定变形。一旦卸载,弹簧将恢复到自由长度,运动部件将平稳地移动到设定的位置。但有时弹簧力不足以固定它。
在整个拉伸过程中,需要克服环与环之间的摩擦、环与芯轴或套筒之间的摩擦、运动副与运动副之间的摩擦等过程因素。有时摩擦范围很大(高达±50%),导致弹簧力不足。没有办法克服摩擦和移动部件到位,导致弹簧失效。为此,每一道工序都严格按照生产工艺规范进行,如筛分、弹簧成型、两头压扁、去棱角、热处理、校正调整、初压解、检验加油等。
此外,弹簧力也与设计元素和原材料选择因素有关。从弹簧的变形公式lambda = 8pd32n / gd4和应力公式_uu = k8pd2 / pid3可以看出,弹簧受力受到钢丝直径、环径、变形、环数的影响较大。原料特性、环境温度、负载特性与环数密切相关。动力公害会引起弹簧力和变形指示线的异常。
圆柱螺旋扭转弹簧设计计算软件
目前,广泛应用的弹簧应力和变形的计算公式是根据材料力学推导出来的。若无一定的实际经验,很难设计和制造出高精度的弹簧,随着设计应力的提高,以往的很多经验不再适用。例如,弹簧的设计应力提高后,螺旋角加大,会使弹簧的疲劳源由簧圈的内侧转移到外侧,所有的计算也只是给我们一个大的方向从而减少研发成本。
下面我给大家介绍下大至的计算方法。(见图一)
螺旋线圈构成的圆柱形弹簧,工作线圈间为恒定间距,能够承受垂直于环绕轴沿着卷绕方向和反方向的扭力。线径大于16mm的弹簧通常为冷卷。热成型弹簧用于强负载的直径大于10mm的较大尺寸弹簧。
备注:该计算设计用于线圈卷绕方向的扭转负载,不计入弹簧内部或外部导向零件的支撑效果。也不计入出现的摩擦效果。线圈之间的可能的摩擦也不计入在内。
适合中低负载
线性工作特性
相关低弹簧系数
低费用
扭簧按两种基本设计制造:紧和松(线圈间隙)。如果是静态负载,紧凑的线圈为推荐选项。但是,工作线圈之间出现摩擦,这将导致弹簧寿命减少。另外,线圈的过于接近的间隙阻止弹簧完美喷丸。
备注: 承载负载过程中,在卷绕方向上的负载弹簧长度增加。热成型弹簧通常一定在线圈之间会有间隙。
c=弹簧指数(c=D/d; c=D/t) [-]
b=线宽[单位:mm, in]
d=线径[单位:mm, in]
D=中心弹簧直径[单位:mm, in]
M=弹簧负载[Nmm, lb in]
E=拉伸弹性模量[MPa, psi]
k=扭转弹簧率[Nmm/°, lb in/°]
Kb=曲线修正因数[-]
LK=卷绕部分的长度[单位:mm, in]
n=工作线圈数[-]
p=线圈间距[单位:mm, in]
t=线厚度[单位:mm, in]
a=角度偏移 [°]
d0=自由弹簧的角度[°]
s=弹簧材料的弯曲应力 [MPa, psi]
曲线修正因数
修正因数显示弹簧来自曲线的额外应力
弹簧功能尺寸
扭簧的功能变形(引脚偏转)导致其尺寸变化。负载下沿着卷绕方向的弹簧直径减小。
D"=D*n/((n+a)/360))
另外:封闭卷绕弹簧长度增加
L"=LK+d*(a/360)
弹簧指数 c 4 - 16
外径 De max. 350 mm
工作线圈数 n min. 2
比率 b/t 1 - 10
卷绕部分长度 LK max. 800 mm
长细比 LK/D 1 - 10
考虑到应力集中的可能性发生,扭簧引脚的形状一定越简单越好。扭簧中使用的基本引脚类型可以参看下图。引脚设计的选择依据所需的弹簧安装方式,其尺寸以及所需的负载点到弹簧轴心的距离,同时,支撑引脚和工作引脚也会有所不同。
A) 直线相切引脚
B) 直线轴向引脚
C) 法向外部引脚
D) 法向内部引脚
如果引脚全被固定,扭转弹簧线圈产生工作角度。如果一端引脚自由,负载时引脚弯曲。这将使引脚角度偏转量增加。引脚弯曲总量随着引脚长度的增加而增加。引脚固定安装增加了计算的精度,同时提高了弹簧的功能。
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压力弹簧计算
拉伸弹簧计算
扭转弹簧计算
异形弹簧加工
异形弹簧是一种形状不同、功能不同、用途特殊的弹簧。近年来,行业的发展和需求增加了对各种弹簧(异形弹簧)的要求,复杂性也随之增加。计算机弹簧机(NC弹簧机)的应用在这方面做出了巨大的贡献。生产的弹簧产品精度高,生产效率快,更重要的是带动了整个弹簧行业的持续发展。异型弹簧因其应用于不同的特殊场合而被分为不同的类型和名称,具有不同的特性和形状。
以下是一些异形弹簧的类型和功能:
1. 缩小直径螺旋弹簧。减径螺旋弹簧主要用于某些特殊场合,其弹簧多为圆形截面材料,且大多承受压缩载荷。
2. 形状的弹簧。叶泉也叫叶泉。弹簧材料主要是弹簧条(或弹簧板)。该工艺在专用设备或通用压力加工机床上使用相应的模具进行加工。由于钢板弹簧、波浪弹簧和轻弹簧的材料厚度相对较薄,因此在工业上得到了广泛的应用。
3.带异形弹簧的矩形弹簧。矩形弹簧简称矩形弹簧,是安装空间有限时截面为矩形截面的弹簧。因为这种矩形弹簧可以在相同的空间和变形下获得较大的载荷。与采用圆形截面材料的弹簧相比,在相同的空间条件下,矩形弹簧具有更大的横截面积,可以吸收更大的能量。它们主要用于重型机械、冲压模具或特别高刚度的弹簧。
4. 带异形弹簧的碟形弹簧。由于其体积小、重量轻,圆盘弹簧被广泛应用于缓冲和隔振领域。广泛应用于冲压模具、阀门离合器紧固件、大型工程机械等领域。
5. 异型弹簧间的凸螺旋压缩弹簧。由于这种弹簧的两端都有较小的线圈,并且可以嵌入在中间的线圈中,因此可以获得较大的变形量。例如,凸式汽车制动弹簧。这个春天总是很紧。当汽车阀门被打开时,弹簧会变形,刹车将被用来刹车汽车。另一个例子是理发师在理发时使用的发垫。原理与此相同,它们可以在有效空间内获得大量的变形。
6. 螺旋形弹簧是一种特殊形状的弹簧。涡卷弹簧也叫蜗壳弹簧。它们的功能和原理与锥形螺旋弹簧相似。它们可以在压力下吸收大量的能量,但它们很难制造,只在空间有限的特殊情况下使用。7. 异形弹簧片弹簧。钢板弹簧一般由单根或多根钢板叠加而成,具有缓冲、减振等性能特点。叶片弹簧具有较强的缓冲和减振性能。主要用于汽车、拖拉机或铁路车辆的日常悬挂装置。
8. 异形弹簧的不规则螺距线圈弹簧。非等螺距线圈弹簧在变形量较小的情况下,可以同时满足低刚度和高刚度的要求。因此,这些弹簧主要用于悬架弹簧和高速摩托车和乘用车。发动机气门弹簧等。
9. 异形弹簧扭杆弹簧。扭杆弹簧的实质是在扭矩作用下由弹性材料制成的直杆。由于该弹簧在单位体积内具有较大的变形能,在日常生活中主要用于各种车辆的悬架装置中。
10. 异形弹簧的环形弹簧。环形弹簧又称环形弹簧,由外环内锥面和内环内锥面组成。其中,环形弹簧内环和外环的对数是根据载荷和变形要求确定的。由于这种环形弹簧具有较高的减振性能,主要用于重型设备和缓冲装置的弹簧。
11. 异型弹簧钢丝弹簧。钢丝弹簧是由钢丝制成的各种不同用途的弹簧,通常由冷拉钢丝制成。由于钢丝弹簧的截面往往是圆形的,所以其载荷没有方向限制,在各个方向具有相同的抗弯刚度。因此,这种钢丝弹簧多用于低负载,对负载特性没有严格要求场合。
12、蛇形弹簧的异形弹簧。又称蛇簧,因其蜿蜒曲折,形似蛇而得名。根据它们的形状,可以把它们分为“Z”形和“S”形弹簧。这种弹簧被广泛应用于汽车坐垫中,所以它被称为座椅弹簧。
异形弹簧广泛应用于日常生活中。它的功能是不可替代的,但它的贡献归功于计算机弹簧机的发展。目前,随着计算机弹簧机(NC弹簧机)技术的发展,可以生产各行业所需的弹簧。具有精度高、生产效率高、调试方便、操作简单等特点,供加工厂家使用。
氢脆及氢脆特征
氢 脆
金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的断裂, 统称为氢脆断裂或氢致开裂。
氢脆的类型
一、内部氢脆与环境氢脆
氢脆断裂在工程上是一种比较普遍的现象, 但由于材料性能、 加工工艺、 服役环境、 受力状态不同,各种现象有较大差异。
根据引起氢脆的氢之来源不同, 氢脆可分成两大类: 一类为内部氢脆, 它是由于金属材料在冶炼、锻造、 焊接或电镀、 酸洗过程中吸收了过量的氢气而造成的; 第二类氢脆称为环境氢脆, 它是在应力和氢气氛或其它含氢介质的联合作用下引起的一种脆性断裂, 如贮氢的压力容器中出现的高压氢脆。
内部氢脆和环境氢脆的区别, 在于氢的来源不同。一般认为, 内部氢脆和环境氢脆在微观范围(原子尺度范围内) , 其本质是相同的, 都是由于氢引起的材料脆化, 但就宏观范围而言, 则有差别。 因为它们所包含的某些过程(如氢的吸收) 、 氢和金属的相互作用、 应力状态以及温度, 微观结构的影响等均不相同。
二、氢脆断口特征
内部氢脆断口往往出现“白点” 。 白点又有两种类型: 一种是在钢件中观察到纵向发裂, 在其断口上则呈现白点。 这类白点多呈圆形或椭圆形, 而且轮廓分明, 表面光亮呈银白色, 所以又叫做“雪斑” 或发裂白点,。 这种白点实际上就是一种内部微细裂纹, 它是由于某种原因致使材料中含有过量的氢, 因氢的溶解度变化(通常是随温度降低, 金属中氢的溶解度下降) , 过饱和氢未能扩散外逸, 而在某些缺陷处聚集成氢分子所造成的。 一旦发现发裂, 材料便无法挽救。 但在形成发裂前低温长时间保温, 则可消除这类白点。
另一种白点呈鱼眼型, 它往往是某些以材料内部的宏观缺陷如气孔、 夹渣等为核心的银白色斑点,其形状多数为圆形或椭圆形。 圆白点的大小往往同核心的大小有关, 即核心愈大, 白点也愈大, 白点区齐平而略为下凹。
产生鱼眼白点, 除氢和缺陷因素外, 还必须有一定的条件, 即应有一定的塑性变形量和一定的形变速度。 如果经过去氢处理或消除鱼眼核心缺陷, 白点就不能形成; 小于一定的塑性变形量, 或用高的应变速率(如冲击) , 都不会产生这类白点, 所以它是可以消除的, 故又叫可逆氢脆。 这类氢脆一般不损害材料的强度, 只降低塑性。
内部氢脆断口的微观形态, 往往是穿晶解理型或准解理型花样。 在白点区是穿晶解理断裂, 而白点外则为微孔聚集型断裂。
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