圓柱形螺旋彈簧彈力影響因素研究報告.doc

圓柱形螺旋彈簧彈力影響因素研究報告一、 圓柱形螺旋彈簧簡介定義：將簧絲繞制成圓柱形螺旋狀的彈簧；其簧絲截面為圓形或矩形。圓柱形螺旋彈簧可用作拉伸彈簧、壓縮彈簧或扭轉(zhuǎn)彈簧。本文針對壓縮彈簧進行介紹。彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1.1所示。壓簧：線徑外（內(nèi))徑 長度圈數(shù) 結(jié)構(gòu)參數(shù)表 1.1名稱表示字母單位備注材料直徑（線徑）dmm/inh彈簧鋼絲直徑中徑Dmm外徑 mm內(nèi)徑mm節(jié)距/pitchtmm繞旋比CC=D/d，510mm易生產(chǎn)自由高度mm工作高度mmi=1,2,3,壓并高度mm彈簧最短時展開長度Lmm彈簧拉直的長度螺旋角初拉力g/kg彈簧剛度/彈性系數(shù)kN/mm單位變形量的工作負荷自由角度扭轉(zhuǎn)彈簧沒有負荷時的角度工作角度有效圈數(shù)n二、 公式胡克定律： 彈性系數(shù)：彈簧彈力： 注： F彈簧彈力 變形量 G切變模量 其中G與溫度有關(guān)，在以氣體為動力的汽動槍械中，彈簧的工作環(huán)境溫度在60以下，而在60以下時，彈簧切變模量G的溫度修正系數(shù)取值為1，故G的大小至于彈簧選用材料有關(guān)，可由機械設(shè)計手冊第二卷查到。三、 分析（1） G由彈簧材料決定，取值參照d在機械設(shè)計手冊第二卷中選取。在室溫條件下切變模量溫度修正系數(shù)為1，公司產(chǎn)品中彈簧材料多選用琴鋼絲和熱軋彈簧鋼，則前者G取79GPa，后者G取78GPa;雖然隨著G的增加，彈簧彈力F線性增大，但考慮到彈簧成本和結(jié)構(gòu)尺寸限制，而且常用彈簧材料中G取79GPa已經(jīng)最大，故不考慮改變G來實現(xiàn)彈簧彈力的改進。（2） 彈簧有效圈數(shù)增加，彈簧彈性系數(shù)變小，彈力減小。彈簧有效圈數(shù)n的變化直接影響壓并高和自由高度，以及最大壓縮變形量。在同樣的工作高度的條件下，則 ： ，是減小的；反之則，是增加的。（3） 在彈性系數(shù)及其他條件不變的情況下，有隨著的變大而線性增加。一般產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定的條件下，彈簧壓縮行程固定，不通過改變變形量來實現(xiàn)彈力的改變。（4） 次要影響因素D：針對單因素D研究其對F的影響時，有， F隨著D的增加，進行遞減，影響較大。設(shè)計彈簧時，考慮到彈簧安裝基準，如以內(nèi)徑為裝配基準，在增大線徑大小時，中徑也要相應增大；如以外徑為裝配基準，在增大線徑大小時，中徑要相應減小，這種情況會使彈簧彈力大幅提高。（5） 主要影響因素d：針對單因素d研究其對F的影響時，有，F(xiàn)隨著d的增大而增大。增大線徑固然能大幅提高彈簧彈力，增大線徑同時也增大了壓并高，影響圓柱形螺旋彈簧的直徑大小，在設(shè)計時，必須綜合考慮到工作高度，壓并高要求以及彈簧內(nèi)、外徑的要求范圍。四、 結(jié)論(1) 主要因素是線徑d，影響關(guān)系式：，彈力與線徑成正比，四次方關(guān)系，影響較大。(2) 次要關(guān)系是中徑D，影響關(guān)系式：，彈力與中徑成反比，負三次方關(guān)系。(3) 有效線圈數(shù)n與F成反比，線性關(guān)系，n增加一倍，F(xiàn)減小一倍。(4) 壓縮變形量與F成正比，增大一倍，F(xiàn)增大一倍。(5) 切變模量G與彈簧材料有關(guān)，與F成正比，與一樣。 綜上所述，在公司開發(fā)的產(chǎn)品中，一般彈簧材料選用的是T9A，考慮加工成本等，一般不通過改變彈簧材料來實現(xiàn)彈簧彈力的改變；由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一般設(shè)計固定后，彈簧工作行程大小也固定，故不通過改變彈簧壓縮變形量來實現(xiàn)彈簧彈力的改變；針對主次因素，可以通過增大彈簧線徑，減小有效圈數(shù)，甚至減小中徑大小，來實現(xiàn)彈簧彈力的大幅增大，在增大線徑的同時要考慮彈簧裝配基準問題，如以內(nèi)徑為基準，則中徑隨之增大，這對彈簧彈力的增大起反作用；如以外徑為基準，則增大線徑，中徑也隨之減小，這將使彈簧彈力得到大幅提高。在減小有效圈數(shù)的同時要充分考慮彈簧自由高度，使安裝后的彈簧有一定的彈力，不至于安裝后出現(xiàn)松動。一般設(shè)計增大彈簧彈力，需要綜合考慮，通過改變各個因素，既要符合彈簧工作要求，又能最優(yōu)化的提升彈簧彈力。案例：原彈簧：線徑d=1.1mm，自由高度=110mm，總?cè)?shù)=20，外徑=11mm，中徑=9.9mm，要求工作高度=23mm，求彈力F：解答：壓并高=21*1.1=23.1mm （注：這里壓并高比工作高度大是錯誤的，但是差值小，）變形量=110-23=87mm有效圈數(shù)n=18彈簧彈力：改進要求：（1）安裝高度80.3mm，（2）工作高度23mm，（3）外徑不大于12.3mm，（3）內(nèi)徑不小于9.3mm，（4）載荷增大解答：增大線徑比d=1.3mm，由于工作高度為23mm，則壓并高必須比23mm小。由=d 即23=1.3，得出=17；定=9.5mm，則=10.8mm；n=15, =95.433mm則彈簧彈力：提高量按照改進方案加工后的彈簧彈力達到105N，提高注：本文只作壓縮彈簧設(shè)計參考，針對不足和有誤之處，敬請批評指正。（技術(shù)部：王光鑫）2012年7月4日星期三二、圓柱形螺旋扭簧設(shè)計計算結(jié)構(gòu)參數(shù)表2.1名稱表示字母單位備注材料直徑（線徑）dmm/inh彈簧鋼絲直徑中徑Dmm外徑 mm內(nèi)徑mm節(jié)距/pitchtmm繞旋比C初始角度工作角度i=1,2,3,工作變形角度試驗變形角度允許承受最大扭轉(zhuǎn)角展開長度Lmm彈簧拉直的長度扭臂長度mm彈簧剛度/彈性系數(shù)k