圆-钢丝圆柱螺旋弹簧设计计算例题.doc

- PAGE 1 - 圆钢丝圆柱螺旋弹簧设计计算例题 三、设计计算结果汇总： 1、设计计算数据见表1 表1 设计计算参数汇总表 序号 参数名称 代号 数值 单位 序号 参数名称 代号 数值 单位 1 钢丝直径 d 4.1 mm 15 弹簧刚度 F/ 24.67 N/mm 2 弹簧外径 D2 34.5 16 试验负荷 FS 722.8 N 3 弹簧中径 D 30.4 17 压并负荷 Fb 722.8 4 弹簧内径 D1 26.3 18 材料抗拉强度 1810 Mpa 5 自由高度 H0 53.9 19 许用应力 754.4 6 压并高度 Hb 24.6 20 试验应力 811.9 7 试验负荷高度 HS 24.6 21 压并应力 811.9 8 节距 t 11.9 工作应力 362.6 9 有效圈数 n 4 圈 22 728.6 10 支承圈数 nz 2 23 自振频率 Fe 247.7 Hz 11 展开长度 L 572.7 mm 24 螺旋升角 7.13 deg 12 弹簧质量 m 0.0593 Kg 25 疲劳寿命 N 10 次 13 旋绕比 C 7.4 — 26 旋向 右 14 曲度系数 K 1.2 — 27 材料牌号 VDCrSi(55CrSi) 2、弹簧工作图样 图1弹簧工作图 技术要求 弹簧端部形式：YI冷卷压缩弹簧； 总圈数：n1 = 6.0圈； 有效圈数：n = 4.0圈； 旋向：右旋； 强化处理：喷丸和立定处理； 喷丸强度0.3 A ～ 0.45A，表面覆盖率大于90%； 表面处理：清洗上防锈油； 制造技术条件：其余按GB/T 1239.2二级精度。 2) 圆钢丝圆柱螺旋拉伸弹簧设计计算例题 例2 : 设计一拉伸弹簧，循环次数N =1.0×105次。工作负荷F =160N,工作负荷下变形量为22mm，采 用LⅢ圆钩环，外径D2=21mm。 一、题解分析： 此拉伸弹簧要求循环次数N = 1.0×107次，由此说明弹簧是按有限寿命设计； 题设给出了最大工作负荷及对应变形量： 端部结构采用LⅢ圆钩环，即为圆勾环扭中心； 弹簧外径D2 = 21mm。 二、解题方法： 由以上分析可知，本题中未给出自由高度，说明自由高度可在满足其它条件下按实际计算而定，显然，本题是按表1中第一个设计计算条件及要求给出的。 方法1：严格设计法 1）材料选取，根据弹簧使用的疲劳寿命要求，我们可选重要用途的碳素弹簧钢丝E组别的钢丝， 根据弹簧手册P345表10-16查得材料抗拉强度即本讲公式（2）中的 a = 2072；b = -358 从分析可知本弹簧按有限寿命使用，即由表3查得试验切应力的强度系 数为0.5×0.8 = 0.40即：；许用切应力系数即： 2） 把题中给定的D = 21mm;F = 160N及以上所选取的材料所查找的有关强度许用应力系数 a = 2072；b = -358; 及代入本讲公式（2）： 化简得： 解得：d ＞2.43 mm 取：d = 2.5mm； 此时，材料抗拉强度=1744Mpa而查标准附录7—表7.1得= 1680Mpa； 由此可见相对误差不到3.9%完全满足GB/5311标准的范围，因为标准给出的值按最低值给出。 方法2：假设试算法（此方法同标准中介绍相同） 1) 材料选取同上即选重要用途碳素弹簧钢丝E组； 2) 假设材料直径：d = 3mm；从标准附录7表7.1查得=1610；则： 许用切应力：[τ] = 0.36×1610 = 579Mpa; 弹簧中径：D = 21–3 = 18mm 旋绕比：C = 18/3 = 6；曲度系数：K = （4C-1）/（4C-4）+0.615/C = 1.253 3) 验算修正假设的d： mm 与假设基本符合； 1、取d = 2.5mm；根据附录F查得材料抗拉强度为Rm = 1680 Mpa； 根据表3选取计算试验切应力：τs= 0.50Rm×0.8 = 0.40×1680 = 670 Mpa； 许用切应力为[τ] = 1680×0.36 = 604 Mpa。 2、计算弹簧直径： 1) 弹簧外径: D2 = 21mm： 2）弹簧中径：D = D2–d = 21–2.5 = 18.5mm； 3）弹簧内径：D1 = D–d = 18.5 - 2.5 = 16mm。 3、弹簧旋绕比C： 4、曲度系数K： 由公（7）得： 5、初拉力选取： 由标准图5查得初切应力：τ0 = 70 MPa～130 MPa 则按公式 (37)计算初拉力为： 这里选取F0 = 32N 6、计算弹簧刚度及有效圈数： 弹簧刚度按公式（3