记号的含义
螺旋弹簧的设计时候使用的记号如下表1所示。横弹性系数G的值如表2所示。 表1.计算时使用的记号及单位
记号 d D1 D2 D Nt Na Hs Hf c=D/d G P δ k τ0 τ κ 表2.横弹性系数:G(N/m㎡)
材料 弹簧钢钢材 高碳素钢丝 高强钢丝 油回火钢丝 SUS304 不锈钢 SUS316 SUS631J1 6.85×10 4记号的含义 材料的直径 弹簧内径 弹簧外径 弹簧平均径 总圈数 有效圈数 试验载荷下的高度 自由高度 弹簧指数 横弹性指数 弹簧所受负荷 弹簧的弯曲 弹簧定数 扭转应力 扭转修正应力 应力修正系数 单位 mm mm mm mm — — mm mm — N/mm 2N mm N/mm N/mm 2N/mm 2— G的值 7.85×10 46.85×10 47.35×10 4材料 黄铜丝 锌白铜丝 磷青铜丝 铍铜丝 G的值 3.9×10 43.9×10 44.2×10 44.4×10 4螺旋弹簧的设计用基本计算公式
螺旋弹簧的负荷和弹簧定数?弯曲的关系
具有线性特征弹簧的负荷和弯曲是成比例的。
从螺旋弹簧的尺寸求弹簧的定数
压缩螺旋弹簧的素线径因扭转而产生弯曲的弹簧定数K
螺旋弹簧的扭转应力
螺旋弹簧的扭转修正应力
螺旋弹簧试验载荷下高度(端面磨削的情况下)
螺旋弹簧两端的各厚度之和 不同材质螺旋弹簧在高温时的机械特性
表3. 不同温度下弹簧的横弹性定数(N/mm2)
材质 SUP10 环境 通常 100℃ 76500 200℃ 74300 300℃ — 400℃ — 500℃ — 600℃ — 材质 SUS304 SUS316 SKD4 INCONEL X750 INCONEL 718 C5191 环境 耐蚀?高温 耐蚀?高温 高温 耐蚀?高温 耐蚀?高温 耐蚀 100℃ 68100 68100 77000 77700 74700 — 200℃ 66200 66200 74700 76600 72400 — 300℃ — — 71600 74700 70100 — 400℃ — — 69000 72800 67800 — 500℃ — — — 70900 65900 — 600℃ — — — — 63600 — 表4. 不同温度下弹簧的容许应力(N/mm2)
材质 SUP10 SUS304 SUS316 SKD4 INCONEL X750 INCONEL 718 C5191 応力位置 τ 0 τ 0 τ 0 τ 0 τ τ τ 0 100℃ 490 0.7a 0.8a 550 482 519 — 200℃ 410 0.5a 0.6a 490 482 519 — 300℃ — — — 430 482 519 — 400℃ — — — 350 482 519 — 500℃ — — — — 310 445 — 600℃ — — — — — 343 — 组合弹簧的计算公式
螺旋弹簧的直列和并列
弹簧在设计的时候,虽然应该尽可能设计一根弹簧,但是一根弹簧无法满足的情况下,也会对多根弹簧进行组合以满足设计要求。
弹簧的组合有纵向排列的直列法和横向排列的并列法两种模式。
这样的分类,不仅和螺旋弹簧有关,盘形弹簧等其他种类的弹簧也是一样,也会进行直列和并列组合来使用。 从负荷的观点来考虑的话,对各个弹簧作用相等的力的组合方式叫直列,各个弹簧变位相等的组合方式叫并列。
图1. 螺旋弹簧的直列组合和并列组合 图示显示的是使用了3个弹簧的情况。 n个弹簧的各个定数就是 k1 , k2 ,???, kn
弹簧并列和直列组合时全部的定数K公式参照下列。
式1. 并列的弹簧定数计算公式
式2. 直列的弹簧定数计算公式
并列组合的螺旋弹簧的个数增加会导致全体弹簧定数变大,直列组合个数的增加会导致弹簧定数变小。
図2. 亲子弹簧
并列的字面意思就是横向排列,但是单纯的排列空间上不好安排,所以像图3那样弹簧的内侧和弹簧组合,同心相排的情况下很多。这样的排列一般被称作亲子弹簧。
但是,同心组合的情况下,为了弹簧不互相缠绕在一起,交替的改变弹簧卷的方向,或者确保弹簧和弹簧之间有一定的间隙是很有必要的。
另外,对弹簧的组合进行下功夫的话,像下图a,b那样,可以制作出不是直线的弹簧特性。 例如需要像图4那样特性弹簧的时候,需要对自由长或者不同密着负荷的弹簧进行组合。
图5的弹簧特性是在图6那样结构中加入弹簧,事先加上负荷,就会得到〔上段弹簧定数〕<〔下段弹簧定数〕这样的组合。
図5.得到特殊弹簧特性的结构
弹性能量的计算公式
弹簧内积蓄的能量
弹簧加上负荷的话,弹簧内就会被积蓄能量。
弹簧内积蓄的能量U,和图6中荷重P―変位δ曲线围成的面积相同
図6. 弹簧内积蓄的能量 用公式3来表示。
一般常见的弹簧积蓄能量的公式。