10.3.3 弹簧的特性曲线及主要几何尺寸
用来表示弹簧的受载与变形之间关系的曲线,称为弹簧的特性曲线。 如图10.34 所示为圆柱螺旋压缩弹簧的受载与变形图及其特性曲线。 如图10.35 所示为圆柱螺旋拉伸弹簧的受载与变形图及其特性曲线。
图10.34 圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线
图10.35 圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线
在自由状态下,弹簧高度(拉伸弹簧为长度)为H0。 为了使弹簧可靠地安装在工作位置上,通常预加一最小工作载荷F1,这时弹簧的变形量为λ1,高度为H1。 当弹簧受到最大工作载荷F2 作用时,变形量为λ2,高度为H2。 最大工作载荷下的变形量与最小工作载荷下的变形量之差,称为弹簧的工作行程,用h 表示,即
使弹簧丝的应力达到材料的弹性极限时的载荷Flim,称为极限载荷。 在极限载荷Flim作用下,弹簧的变形量为λlim,高度为Hlim。
通常取弹簧的最小工作载荷F1 =(0.1 ～0.5)F2。 最大工作载荷F2 由弹簧在机构中的工作条件决定,但不应达到极限载荷Flim,一般取F2≤0.8Flim。 在弹性极限范围内,对节距相等的圆柱弹簧,其载荷与变形呈线性关系,即
式中 k——弹簧的刚度,是表示弹簧特性的主要参数之一。
刚度越大,使弹簧产生单位变形所需的力就越大。 因此,弹簧的弹力也越大。
有预应力的圆柱拉伸弹簧,受载时首先要抵消卷制时在各圈之间产生的预压力F0,然后才开始变形。 因此,在确定弹簧的最小工作载荷时,应使F1 ＞F0,并以F1 -F0 和F2 -F0 分别代替上式中的F1 和F2 计算弹簧的刚度。
螺旋弹簧的几何尺寸如图10.36 所示。(https://www.daowen.com)
图10.36 螺旋弹簧的几何尺寸
1)弹簧丝直径和弹簧中径
弹簧丝直径d、弹簧中径D 均已标准化。
2)圈数
弹簧的总圈n1 等于有效圈数n 与支承圈数n2 之和,即
对LⅠ,LⅡ型拉伸弹簧,总圈数等于有效圈数,即
为使弹簧具有稳定的工作性能,一般应使弹簧的有效圈数n≥2。
支承圈的圈数n2 一般取1.5,2,2.5。 为使弹簧工作较平稳,一般弹簧的总圈数n1 为0.5的倍数。
3)旋绕比和弹簧刚度
弹簧中径D 和簧丝直径d 之比C=D/d,称为旋绕比。 旋绕比C 对弹簧刚度k 影响很大。在弹簧丝直径d 和其他条件相同情况下,C 值越小,k 越大,则弹簧越硬,弹簧的卷制越困难。一般C=4 ～16,常用范围C=5 ～10。
另外,还有间距、节距、自由高度以及螺旋升角和弹簧的展开长度,设计可查机械手册。