设计组合弹簧的新方法.pdf

牛 天：聿纺 织工 学院学报 J OURNAL OF TI ANJ I N I NS TI TUTE OF|q f 第 1 6卷第 2期(1 9 9 7)V0 1 1 6 No 2(1 9 9 7)SUM N0 5 3 设计组合弹簧的新方法 堂墼莲(天津纺织工学院机械工程系 天津 3 0 0 1 6 0)摘要作 者研 究 了设计 组告弹簧 的新方法。此 法不但 简单、准璃 和快速，而且具 有通用性，适 宜于 设计任何规 格和任意材料 的组夸弹簧 关键词组 夸弹簧，设 计 失效 _。分类号THI 1 2 Ne w me t ho d o f de s i g ni n g c o m b i n a t i o n s pr i ng s Zh a n g S h u p i n g (De p t o f Ma t h En g)Ab s t r a c t Th e a u t h o r o f t h i s p a p e r h a s r e s e a r c h e d t h e n e w me t h o d d e s i g n i n g e o mb i n a t i o n s p r i n g s，a f t e r r e s e a r c h e d t h e me t h o d o f d e s i g n i n g t h e s ma l l e s t v o l u me s p r i n g Th e me t h o d i s s i mp l e、r a p i d a n d p r e s i c e a n d i t i s c o mmo n u s e i n t h e d e s i g n o f e o mb i n a t i o n s p r i n g s Ke y wo r d s c o mb i n a t i o n s p r i n g，d e s i g n，l o s e e f f i c a c y U 刖 百 组合弹簧一般由内簧和外簧组成。当受载荷较大，且安装尺寸受限时，采用组合弹簧较普 通圆柱压缩弹簧有明显的优点。文献“介绍了两种组合弹簧的设计方法 一是公式法，二是不 连续数据表法。但这两种方法都存在着一定的缺点。作者在文献 1 中介绍了一种新的连续性 数据表。经研究发现，用此类表设计组合弹簧，显示出简便、迅速和准确的特点。l 对公式法和不连续数据表法的缺点分析 1 1 公式法 详细设计步骤 见文献。，其设计弹簧的有关公式为；l I蔓 甍B期 t 1 9 9 6 一u-2 7 l 张毂萍 女 5 3岁 讲师 维普资讯 http:/ 1 9 9 7年 天津纺织工学院学报 钢 丝 直 径 1 6 曲度修正系数 K=4 C_=-I+弹簧刚度 P =用这样的公式设计组合弹簧显然太繁杂了，且稍有疏漏便会出现差错。1 2不连续数据表法 嘉 1 疆不连续敬据表，虽然计算简便，但因袭 中所列数据 D。、t 均 为不连续的，故 实用 价值就很小了。倒如，所设计的弹簧中径 D o 需 1 8 3 m m或某些中间值时，表 1 就无法适用。衰 1 不连缠的弹簧敷据衰 2 快速设计组合弹簧 应用连续性弹簧数据表设计组合弹簧具有简便、准确和快速的特点，且具有通用性。为了 说明这一点，下面举一实例。例)：设计一套等变形并列式组合弹簧，它们受 I类载荷作用，最大工作载荷 P 一=7 8 5 0 0 N，最小工作载荷 P =2 9 4 0 0 N，工作行程 h=1 0 0 ra m，弹簧端圈拼紧、磨平，弹簧钢的 最大许用切应力C r 3 一=6 0 0 MP a，切变模量G=7 9 3 0 0 MN m。设计步骤：(1)确定外簧与内簧的最大 工作载荷 P 一 和最小工作载荷 P 一 外簧：P 一，P 内簧：P 一2，P：根据组合弹簧的等强关系，一般应使 P一 1 P 2=P I P：；2 5 已知，P 雄。=P毗。1+P。啦 7 8 5 0 0 N，P 血=P 叫 +P 丑 l I：=2 9 4 0 0 N 所 以，P 1：5 6 1 O 0 N，-l一 2 1 0 0 0 N，P一 2=2 2 4 0 0 N，P珊 8 4 0 0 N(2)予选弹簧指数 C=5 8 (3)确定外簧、内簧的钢丝直径 d和 弹簧中径 根据 P一 和 c，由表 2直接查得外簧的 n d1=4 0 mm，DD I=2 0 7 mm，P一 1=5 6 1 0 1 N，C1=5 1 8 1 n 根据 P 和 C，由表 2查得内簧的 d：=2 5 ram，D 一 1 2 5 mm，Pf 一2 2 4 7 2 N，C l 一：5 2 7 2 维普资讯 http:/ 张淑萍：设计组合弹簧的新方法 第 1 6 卷第 2期 表 2 在 I娄载荷作用下的量大工作藏荷 P 一 N ；2 4 2 02 19 2 0 1 0 0 1 9 9 81 2 5 2 2 6 03 2 2 4 7 2 2 2 3 4 3 ；3 9 5 2 7 1 6 5 2 5 2 9 52 3 3 7 4 0 5 6 5 0 4 5 5 3 0 0 56 1 01 (4)计算外簧与内簧的单圈最大变形，咖 根据 d 和，如 和D。由表 3 直接查得外簧的 _ 一 1 9 6 1 ram，内簧的，一 一 1 1 3 4 mm (5)计算外簧与内簧的单圈最小变形 步 黄：，删 一；：，眦 一 7 3 4m m 内 簧：，一；：，一：4 2 5m m 裹 5 单弹簧帕大变形(I粪薮荷)，mm 2 4 2 5 3 9 4 0 11 7 2 1 1 1 3 l 1 9 4 l 1 3 4 1 2 15 1 1 54 1 9 8 0 1 9 1 8 2 O O 3 1 9 3 9 2 0 2 4 l 9 6 1 6)计算有效圈数 外 簧；1 O O 1 1 3 4 4 2 5 7=_=了 1 4 1 面 丽=8 1 5 内簧=7=_=h 二 取 一 8 5 取 =1 4 5 (7)计算弹簧的最大变形 F 一 和最小变形 F 一 外簧：F m一，一】I 一 1 9 6 18 5 1 6 6 7 mm，F 一1 一 n,L 一 7 3 4 8 5 6 2 4 ram 内簧：F m 2 一 _皿2 n d一 1 1 3 4 1 4 5 1 6 4 4 mm，F ：一 2 n d一 4 2 5 1 4 5 =61 6 ra m(8)计算弹簧 的总圈数 根据组合弹簧压实高度H 相等的原则，H 一 1 1 dI】2 d2 若外簧的总圈数 n =+n。=8 5+1 5；1 0 (无效圈数：1 5)则内簧 总圈数 n ：一 ri l l=4 0 1 0 1 6 (无效 圈数=15)(9)计算螺距和自由高度 H。(计算过程略)一7 3 维普资讯 http:/ 天津妨规工学院学报 外簧：螺距 f 1=6 3 6 ram，Ho I：6 0 1 ram 内簧：螺距 f 2=3 8 9 ram，H=6 0 1 ram(1 0)确定单 圈刚度 P 和弹簧刚度 P 根据 和，由表 4查得外簧的单 圈刚度 P2 8 6 1 N mm 根据 破 和：，由表 4查得内簧的单 圈刚度 P=1 9 8 2 N ram D D 外簧刚度 P =K 1=3 1 5 4 N ram，内簧刚度 P 2 一=1 3 6 7 N mm(1 1)确定弹簧的展开长度 L 根据中径 和总 圈数 一 ，由表 5查得，外簧 L。1=1 0 4 0 4 9 ram，内簧 工o 2=3 9 2 7 mm 本组组合弹簧设计完毕 衰 4 单弹簧嘲鹰，N mm 3 结 论 利用公式法设计组合弹簧，虽具通用性，但计算繁杂；应用不连续数据表法设计组合弹簧，虽简便，但缺乏通用性；用本文介绍的新方法设计组合弹簧，不但简便、迅速、准确，而且有通用 性，它是设计组合弹簧的一种比较理想的方法 参考文献 1 张敏萍等 利用连续敷据法设计最小体积弹簧 天律纺织工学琬学报，1 9 9 5，(4)6 5 6 9 2 张英会 弹簧 戈京t 机槭工业出版杜，1 9 8 2 1 1 3 机械设计手册联台编写组 机槭设计手册(中册，第二版)北京：化学工业出艋社，1 9 8 2 74 维普资讯 http:/