吊架的优化设计.pdfVIP

第 6卷第 2期 扬州工学院学报 Vo1．6。No．2 l994年 12月 Joulll~．1ofYanP,．zhou]nstitutcofT Dec．。 1994 恒力弹簧支吊架的优化设计 ] 一 姚姚如如一一 周周骥骥平平 ／徐徐中中林林 — (机．械工程系)) 弋、HllI1／ 恒力弹簧支吊架 (以F简称俺吊)是一种在限定位移内对被支吊物篪以恒定张力的装 置．它用来支 吊化工和叱厂的汽、水 烟、风管道系统；支 吊电热站的锅炉本体和燃烧 器；支吊电气化铁路的导电线和承力线等．当载荷 (印被支吊物)在温度变化中，产生数 十至数百毫米的热胀冷缩位移时，恒幂作相应伸缩并施 以恒定张力，以免产生附加载荷 ． 聃嚣骟 因此，恒 吊起着支承再量、平衡介质反力、免除附加应力的作用，保证了系统正常运行． 由于它的广泛运用和巨大需求，各工业 国都制订有恒 吊的国家标准，我国在近年里则 将原一机都标准 (JB2654-81)经修订升格为国标 (GB10181-88)．两者主要区别是国标 扩大 了载荷一一位移系列范 围 (共 74个编号，千余个规格)，恒定度则由 8％提高到 6％ ． 国标尽管对恒吊的连接和外形主要尺寸，制造．检验及选用等作了具体规定，但圆柱 螺旋弹簧各参数，曲柄与托板长度等荚键尺寸均未给定，因此，国标恒吊仍需制造厂白行 设计．特别是国产弹簧钢丝长度，一般不超过 s米，位移和载荷超过一定数值时只能采用 串联的双弹簧，甚至三弹簧．国标恒吊结构图正是这样的示例．双重或三重弹簧死圈及簧 问垫圈，增加了结构长度和材料消耗，并降低了恒定度 ．事实上，弹簧在很大程度上决定 了恒吊的体积和重量．因此体积尽可能细小的单弹簧设计，不但可以大大减小弹簧 自身和 相应部件的熏量，节约钢材，而且有助于恒定度的提高． 本文从优化设计出发探讨 了重量轻体积小的高恒定度恒 吊主要结构尺寸的台理数值． 指出了提高恒定度的措施． 收稿 日期：1994年 4月 7H · 插州弹簧总r胡窜辛．虎肇康 黄袁槲参加研兜 始州工学院学撒 1994妊 1恒 吊的结构原理 一 p 2恒 吊张力恒定性分析 国内外各种结构 的恒 吊都建立在力矩平衡 的基础上 ． 温度变化造成的位移变化是极其缓慢的，因此，在工作过程的任一瞬时，都可以认为 恒吊处于平衡状态．设 回转框架 由起始位置转过任意角度 0；，即力臂和 曲柄 由OA和OB 转过 oj角到达 OA。和 OB。位置，拉板 由BC偏转m{角到达 Bci位置 ．CiC则表示弹簧的 压缩量。设力臂 OA= ，曲柄 OB=R，拉板 BC=L．弹簧压缩量cic=xI．在此任意位 置上，张力 w{对 O轴之矩与弹簧力 F．通过拉板施加的反力矩平衡 ．列平衡方程式，经 简单力学运算可得 ： W ：墨 ． 二 R = — — ． A ( () cosff~ ×cos ( 一0) ． ) cosff~ ×cos( 一0 ) 式中 A(8)一转角函数 A(0)= cos(O 一mf) 式 (A)即任意位置时的张力一转角方程 ．反映了张力和位移间的关