项目需要,博主需要设计一个弹簧,这里简要的介绍一下矩形截面压缩弹簧的设计计算。本文仅当参考,后续会根据项目研究情况进行更新。如有错误,欢迎在评论区指正。

一、矩形弹簧简要介绍

矩形与圆形截面材料的圆柱螺旋压缩弹簧相比,在同样的空间条件下用材多,故吸收的能量也大,适用于空间位置小或受冲击载荷作用的场合。其特性线接近于直线,刚度更接近于常数。

圆柱界面弹簧与矩形截面弹簧的示意图

在同样空间条件下,矩形截面螺旋压缩弹簧刚度更大。矩形弹簧的载荷等级通常用颜色区分,颜色可以反映压缩弹簧的压缩量以及弹力的大小。常见的矩形弹簧颜色有紫色、黄色、蓝色、红色、绿色、棕色、橙色、象牙色、浅蓝色、淡绿色。具有体积小、能够承受高速振幅,且拥有良好的稳定性以及耐疲劳强度。

不同颜色的矩形弹簧

二、工作负载的确定

矩形弹簧的参数

矩形截面材料圆柱螺旋压缩弹簧(以下简称压簧)在制动器中应满足摩擦副产生足够的制动力矩使制动器制动。单个压簧的最小工作负荷由下式确定:
$$
P_{1} = 1.1Q/Z_{1}
$$

  • P1——弹簧最小工作负载

  • Z1——弹簧个数

  • Q——摩擦副间的压紧力,N

  • $$
    Q = q\pi (R_{2}^{2} - R_{1}^{1})
    $$

    • q为摩擦副的压强
    • R2、R1为摩擦副的外内半径,m

单个压簧最大工作负荷,按以下经验公式计算:
$$
P_{2} = (1.15\sim 1.2)P_{1}
$$

三、截面尺寸的选取

选择合适的旋绕比,计算变长a:
$$
a = D/( C+1 )
$$

  • a——压缩垂直于轴线的变长,m
  • D——压簧外径,m
  • C——旋绕比,C=3~6

平行于轴线的边长b按a/b<4

四、刚度及变形量计算

为了减少因制动器摩擦材料磨损而引起的压紧力波动,压簧刚度宜选得小一些。本压簧的刚度接近于常数,其单圈刚度由下式可知:
$$
P^{'}= G\frac{a^{2}b^{2}}{\gamma D_{2}^{3}}n
$$

  • P'——压簧单圈刚度,N/m
  • G——压簧材料切变模量,N/m2
  • y——系数,与C和a/b有关,值见下表
  • n——压缩工作圈数

刚度及变形量

压簧的变形量一般要求与所受载荷相对应,是压簧制造的主要参数之一。压簧变形量:
$$
\bigtriangleup L = \gamma P D_{2}^{3} n/Ga^{2} b^{2}
$$

  • △L——压簧变形量,m
  • P——压簧所受工作载荷(P1、P2)
  • 其余符号同上

五、强度提高措施

由于压力机单次行程的使用,离合器一制动器经常重复接合脱开,使压簧产生疲劳破坏。故在制造时,为使压簧材料内产生.有利的残余应力,通过喷丸强压处理,疲分寿命提高5~35%,同时许用应力可提高20~35%。


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最后修改:2022 年 05 月 16 日
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