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螺旋弹簧的稳定性、强度和共振的验算 |
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(1)压缩弹簧稳定性验算 |
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高径比b较大的压缩弹簧,当轴向载荷达到一定值时就会产生侧向弯曲而失去稳定性。为了保证使用稳定,高径比b=H0/D应满足下列要求: 两端固定 b≤5.3 一端固定另一端回转 b≤3.7 两端回转 b≤2.6 当高径b大于上述数值时,要按照下式进行验算 Pc=CBP'H0>Pn 式中 Pc—— 弹簧的临界载荷,N; CB—— 不稳定系数,从右图中查取; P'—— 弹簧刚度,N/mm; Pn—— 最大工作载荷,N; 如不满足上式,应重新选取参数、改变b值、提高Pc值以保证弹簧的稳定性。如设计结构受限制、不能改变参数时,应设置导杆或导套。导杆(导套)与弹簧的间隙(直径差)按下表1查取 为了保证弹簧的特性,弹簧的高径比应大于0.4 |
不稳定系数 |
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表1 导杆、导套与弹簧内(外)直径的间隙值 |
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弹簧中径D |
≤5 |
>5~10 |
>10~18 |
>18~30 |
>30~50 |
>50~80 |
>80~120 |
>120~150 |
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间隙 |
0.5~1 |
1~2 |
2~3 |
3~4 |
4~5 |
5~6 |
6~7 |
7~8 |
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(2)强度验算 对于受循环载荷的重要弹簧(Ⅰ,Ⅱ类)应进行疲劳强度验算;受循环载荷次数少或所受循环载荷的变化幅度小时,应进行静强度验算。当两者不易区别时,要同时进行两种强度的验算 a.疲劳强度,按下式进行:
式中 τ0—— 弹簧在脉动循环载荷下的剪切疲劳强度,对于高优质钢丝、不锈钢丝、铍青铜和硅青铜,参照表2选取 τmax—— 最大工作载荷所产生的最大切应力, τmin—— 最小工作载荷所产生的最小切应力, Sp—— 许用安全系数,当弹簧的设计计算和材料试验精确度高时,取Sp=1.3~1.7;当精确度低时,取Sp=1.8~2.2 |
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表2 高优质钢丝、不锈钢丝、铍青铜和硅青铜循环载荷下的剪切强度τ0 |
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循环载荷作用次数N |
104 |
105 |
106 |
107 |
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τ0 |
0.45σb① |
0.35σb |
0.33σb |
0.3σb |
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① 对于硅青铜、不锈钢丝,此值取0.35σb。 b.静强度,按下式计算:
式中 τs—— 弹簧材料的屈服极限; Sp—— 许用安全系数,与疲劳强度验算的选取相同 (3)共振验算 对高速运转中承受循环载荷的弹簧,需进行共振验算。其验算公式为
式中 f—— 弹簧的自振频率,Hz; fr—— 强迫机械振动频率,Hz; d—— 弹簧材料直径,mm; D—— 弹簧中径,mm; n—— 弹簧有效圈数 对于减振弹簧,按下式进行验算
式中 g—— 重力加速度,g=9800mm/s2; P'—— 弹簧刚度,N/mm; W—— 载荷,N |
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