彈簧力度計算與設計

彈簧對於大夥來說,並不陌生,在多數的產品中很常用,因為它的力相對恒定,可控。

最常用到的產品有遙控器,電子玩具,夾子,還有就是電池蓋按鈕等。

這些都有用到彈簧來實現某種機構功能。

那麼彈簧又有哪些種類呢?

最常用的是三種,壓簧,拉簧,扭簧。除此之外還有氣門彈簧、懸架彈簧、膜片彈簧、減震彈簧、液壓彈簧、油泵彈簧、碟形彈簧、高溫彈簧、卡簧、渦卷簧以及異性彈簧等。

下面就壓簧,拉簧,扭簧進行介紹

【一】

彈簧的彈性系數與哪些因素有關?

彈性系數,即倔強系數(勁度系數)。它描述單位形變量時所產生彈力的大小。k值大,說明形變單位長度需要的力大,或者說彈簧“硬”。勁度系數又稱剛度系數或者倔強系數。勁度系數在數值上等於彈簧伸長(或縮短)單位長度時的彈力。

那麼有哪些因素會影響到彈簧的彈性系數呢?

我們先來瞭解下一般彈簧都有哪些參數,彈簧有線徑、外徑、內徑、圈數、材料等基本參數。

在以上的幾個參數中,他們對彈簧的彈性系數K值有著什麼關系呢?

1,彈簧的彈性系數。

2,彈簧的彈性系數與彈簧的外徑成反比,也就是彈簧的外徑越大,那麼他的彈性系數越小。

3,彈簧的彈性系數K值與彈簧的線徑的4次方成正比。

4,彈簧的彈性系數K值與彈簧的材料的彈性模量成正比。

5,彈簧的彈性系數K值與彈簧的有效圈數成反比。

因此我們在彈簧設計的過程中,可以根據以上關系來調整彈簧的結構來達到滿足需求的彈性系數。

【二】

彈簧的材料一般有哪些?

根據GB/T 13304《鋼分類》標準,按照基本性能及使用特性一,彈簧鋼屬於機械結構用鋼;按照質量等級,屬於特殊質量鋼,即在生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能的鋼。按照化學成分分類:

1、碳素彈簧鋼:多采用材質為:65#,70#、65Mn、82B、72A、72B鋼絲,特點是可塑性低,彈性強,抗應力能力強。

用 途:多用於席夢思床、汽車及各種靠墊、機械制造、文具電動工具、體育用械、扭簧用、拉簧用、電器設備等行業.

規格范圍:線徑 Φ0.20mm-Φ6.50mm,用於制造在冷狀態下纏繞成形而不經淬火的彈簧

2、合金彈簧鋼:合金彈簧彈鋼是用於制造制彈簧或者其他彈性零件的鋼種。彈簧一般是在交變應力下工作,常見的破壞形式是疲勞破壞,因此,合金彈簧鋼必須具有高的屈服點和屈強比(σs/ σb)、彈性極限、抗疲勞性能,以保證彈簧有足夠的彈性變形能力並能承受較大的載荷。

同時,合金彈簧鋼還要求具有一定的塑性與韌性,一定的淬透性,不易脫碳及不易過熱。一些特殊彈簧還要求有耐熱性、耐蝕性或在長時間內有穩定的彈性。

中碳鋼和高碳鋼都可作彈簧使用,但因其淬透性和強度較低,隻能用來制造截面較小、受力較小的彈簧。合金彈簧鋼則可制造截面較大、屈服極限較高的重要彈簧。

在一些特定要求的場合,如在酸堿度較高、潮濕的環境我們還經常用到不銹鋼材料來制作彈簧。

常見彈簧的材料種類:

1、油淬火 回火彈簧鋼絲

2、碳素彈簧鋼絲

3、非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲

4、工具鋼冷軋鋼帶

5、回火彈簧鋼絲用熱紮盤條

6、鉻釩彈簧鋼絲

7、鉻釩合金彈簧鋼絲

8、矽錳合金彈簧鋼絲

9、火鉻矽合金彈簧鋼絲

10、矽錳彈簧鋼絲

11、鉻釩彈簧鋼絲

12、鉻矽彈簧鋼絲

13、 彈簧鋼鋼材

具體材料的標號、剪切模量、性能見下表:

【三】彈簧力度設計與計算

F=kx,F為彈力,k為勁度系數,x為彈簧拉長的長度

比如要測試一款5N的彈簧:用5N力拉勁度系數為100N/m的彈簧,則彈簧被拉長5cm

F=kx,k是勁度系數(單位為牛頓每米),x是彈簧伸長量(單位為米),這定律叫胡克定律

比如:一彈簧受大小為10N的拉力時,總長為7cm,受大小為20N的拉力時,總長為9cm,求原長和伸長3cm時受力大小。

是不是看上去好復查的樣紙,一頭霧水,而對於我們結構設計來說,重點是在現有的尺寸上滿足力度要求。OK,先從壓簧開始。

1,壓簧的計算

首先要明確我們所設計的彈簧有什麼要求,通過裝配件我們要確定我們的彈簧應當用什麼結構,外徑或是內徑大小,工作行程,載荷及工作環境。

彈簧參數

⑴彈簧絲直徑d:制造彈簧的鋼絲直徑。

⑵彈簧外徑D2:彈簧的最大外徑。

⑶彈簧內徑D1:彈簧的最小外徑。

⑷彈簧中徑D:彈簧的平均直徑。它們的計算公式為:D=(D2+D1)÷2=D1+d=D2-d

⑸t:除支撐圈外,彈簧相鄰兩圈對應點在中徑上的軸向距離成為節距,用t表示。

⑹有效圈數n:彈簧能保持相同節距的圈數。

⑺支撐圈數n2:為瞭使彈簧在工作時受力均勻,保證軸線垂直端面、制造時,常將彈簧兩端並緊。並緊的圈數僅起支撐作用,稱為支撐圈。一般有1.5T、2T、2.5T,常用的是2T。

⑻總圈數n1:有效圈數與支撐圈的和。即n1=n+n2.

⑼自由高H0:彈簧在未受外力作用下的高度。由下式計算:H0=nt+(n2-0.5)d=nt+1.5d(n2=2時)

⑽彈簧展開長度L:繞制彈簧時所需鋼絲的長度。L≈n1(ЛD2)2+n2(壓簧)L=ЛD2n+鉤部展開長度(拉簧)

⑾螺旋方向:有左右旋之分,常用右旋,圖紙沒註明的一般用右旋。

⑿彈簧旋繞比:中徑D與鋼絲直徑d之比。

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