小旋绕比大螺旋角圆柱螺旋压缩弹簧设计计算

　　小旋绕比大螺旋角圆柱螺旋压缩弹簧使用的范围比较小，它的制作工艺和实验方法有一定的难度，除有特殊需要一般很少使用我单位承接一批小旋绕比大螺旋角圆形截面圆信螺旋压缩弹簧的试制任务。弹簧的螺旋角a=18 ~24，最大为28°，弹簧的旋绕比C= 1.8~2.2弹簧的内径有的要小于弹簧钢丝的直径用户提供的弹簧参数为近似值。同时弹簧受使用空间影响尺寸调整的空间很小，弹簧要经过设计计算。

　　

　　影响弹簧特性的因素

　　

　　2.1根据圆柱螺旋弹簧的受力分析。圆住螺旋弹簧在工作时分别承受轴向载荷F，经向载荷F扭矩T，弯矩M的作用。小旋绕比大螺旋角弹簧在弹性范围内它的变形量一般不大，因而可以认为弹簧在受力变形过程中它的中径、螺旋角基本不变，所以仍将变形前弹簧截面所受的载荷看作弹簧变形后弹簧材料截面的受的载荷。

　　

　　2.2由于的旋绕比较小，在受力过中，弹簧截面所受的扭矩T和弯矩M，弹簧圈曲率和扭转的变化对弹簧特性都有一定的影响。

　　

　　2.3 弹簧螺旋角a比较小时，对弹簧特性的影响比较小，当弹簧螺旋角a比较大时，对弹簧特性的影响就逐渐增大。因而在设计弹簧时就要考虑螺旋角对弹簧特性的影响。

　　

　　圆柱圆螺旋压缩弹簧设计计算

　　

　　3.1我们知道，对于一般的圆截面圆柱螺旋压缩弹簧的计算可按公式

　　

　　式：1、2

　　

　　n一弹簧有效圈数

　　

　　D一弹簧中径

　　

　　d一 弹簧材料直径

　　

　　C一旋绕比(C=D/d)

　　

　　G一弹簧材料切变模量

　　

　　K一曲度系数[K=(4C-1X(4C-4)+0.615/C]

　　

　　3.2 对于大螺旋角圆柱螺旋压缩弹簧的计算可按公式：3、4

　　

　　3.3对于小旋绕比大螺旋角圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧的计算可按公式

　　

　　式:5

　　

　　lp一弹簧材料截面极惯性矩

　　

　　I一弹簧材料截面惯性矩

　　

　　A一 弹簧材料截面积

　　

　　E一弹簧材料弹性模量

　　

　　T一弹簧变形时的扭矩

　　公式：6

　　上述公式以作为小旋绕比大螺旋角圆截面圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的基本公式。

　　

　　弹簧设计实例

　　

　　设计一圆截面圆柱螺旋压缩弹簧。当变形f=25.4mm 时，载荷F为190N~230N.弹簧最大外径为中4.6mm，弹簧长度Ho=990mm

　　

　　4.1 选择弹簧材料和许用应力，根据所提供的弹簧参数，因弹簧的外径不能超过中4.6mm，故弹簧材料直径选+1.4mm~中1.8mm。设铜丝的抗拉强度o。-1500Mpa，取[t]=700Mpa.

　　

　　4.2选择弹簧旋绕比，因弹簧的直径很小，故设计弹簧的旋绕比C=2.

　　

　　4.3计算弹簧钢丝直径取C=2则K=2.057F=200N[]=700Mpa，代入公式(2)得:

　　

　　d= 1.73mm上述计算结果使弹簧外径超出中4.6mm，故设C=1.8, d-1.6则弹簧中径D=2.88取D=2.9mm

　　

　　4.5弹簧工作圈数:把G=78000Mpa:d=1.6mmf-25.4mm F取240N D=2.9mm代入(1)式得:n=278

　　

　　4.6弹簧节距:弹簧自由高度为Ho=990mm。两端各有0.75圈支承圈，工作圈为278圈则节距: t=(H,- 1.5d)/n-3.55mm

　　

　　4.7弹簧螺旋升角:“= arctan(t/x/D)-21.3°

　　

　　4.8弹簧扭矩:把E=196000MpaG-78000Mpa I,- nd/32 I=πd/64a-213 A=2mm2分别代入公式(6)、(5)式得:T=0.01224F f-0.12259F

　　

　　4.9弹簧在交形量f-25.4mm时的载荷F=25.4/0.12259- 202N4.10 弹簧材料展开长度:L=x Dn/cos a - 2733mm

　　

　　参考文献《小旋绕比大螺旋角圆柱螺旋压缩弹簧设计计算》