螺旋圓柱拉伸彈簧

計算的目的是對承載靜態負載,由圓截面的線或棒加工而成的螺旋圓柱拉伸彈簧進行幾何和強度設計。另外幾何和強度參數設計綜合了CAD系統。軟件提供以下任務選項:

  1. 自動設計彈簧

  2. 在彈簧強度,幾何以及重量設計中擇一優化選擇

  3. 彈簧強度檢查

  4. 已知産品彈簧和組裝尺寸的作用力計算。

  5. 已知負載和産品參數的安裝尺寸計算。

  6. 軟件包含通用彈簧材料表: ISO, EN, ASTM/SAE, DIN, BS, JIS及其他。

  7. 支持2D和3D CAD系統。

計算理論依據專業文獻和標准EN 13906-2, DIN 2089-2, DIN 2097中的數據,程序和運算法則。

計算的控制,結構和法則

計算的法則和控制可以在以下文檔中找到 "控制,結構和計算法則".

項目信息

項目信息章節的目的,使用和控制可以通過鏈接文檔找到 "項目信息".

基本術語

拉伸彈簧爲擁有近似恒定硬度,可以吸收軸向作用力的螺旋圓柱彈簧。冷拉彈簧適合預壓制造,因此是冷圈工作線圈。如果必須的技術原因,可以使用松弛的無預壓彈簧,工作線圈之間有間隙。熱成形彈簧一定總是無內預壓力。

根據彈簧的功能,可劃分彈簧的基本狀態:

彈簧狀態 狀態描述 指數
自由 無負載 0
預壓 彈簧承載最小工作負載 1
完全負載 彈簧承載最大工作負載 8
極限 彈簧承載極限工作負載 9

 

以上提到的指數用于定義給定彈簧狀態下的彈簧各個參數。

預應力拉伸彈簧

無預應力拉伸彈簧,松弛線圈

 

根據負載方式,彈簧的計算目標可以被分爲靜態負載彈簧,低變化負載工作壽命低于105彈簧以及工作壽命大于105的疲勞負載彈簧。考慮到挂鈎形狀設計對彈簧工作壽命的影響,以及無法對拉伸彈簧做完美的噴丸效果,不建議拉伸彈簧承受疲勞負載。

計算流程

彈簧設計任務可以直接解決同時允許彈簧設計,尺寸或負載選項自由。許多不同設計和尺寸的彈簧可能都符合輸入參數的要求。因此,必須重複而連續地執行各個彈簧設計。計算通過針對定性標准而創建最佳設計表格來解決任務。方案流程如下(方括號爲章節編號)

  1. 選擇彈簧生産參數[1.1].
  2. 設置工作循環參數(負載方式,溫度和環境腐蝕性)以及目標安全等級[1.6].
  3. 選擇彈簧適合的制程[2.1]
  4. 根據推薦使用的範圍[2.3] 而選擇彈簧材料[2.2].
  5. 輸入工作循環目標參數(彈簧負載,長度和沖擊)[3.1].
  6. 設置彈簧設計條件的必要過濾和邊界條件[3.7].
  7. 選擇結果分類方法[3.18] 點擊按鍵開始計算設計[3.19].
  8. 從表格中選擇適合的方案[3.20].
  9. 在節[4]中檢查目標彈簧參數.
  10. 在節[6]中檢查挂鈎負載,若彈簧有固定挂鈎.
  11. 若你需要微調一些彈簧的尺寸,使用一些輔助計算[7,8,9]來作更改。執行更改之後,輸出結果到節[4]再一次檢查彈簧是否符合強度檢查[4.39]的要求。
  12. 節[10]爲疲勞負載彈簧的計算。
  13. 保存目標方案工作表並重命名。

負載條件,彈簧工作和生産參數選擇 [1]  

在此節中,輸入基本輸入參數,確定負載方法和模式,彈簧固定設計與方式以及工作環境參數。

1.2 彈簧設計

拉伸彈簧用于兩種基本設計:

  1. 預壓彈簧
    冷拉彈簧建議制造爲預壓,工作線圈互相接觸。預壓彈簧可以增加彈簧的工作負載能力。對于彈簧目標長度的變形,必須使用高于無負載彈簧。預壓出現在彈簧線圈纏繞的過程中,它的大小依據使用的材料,彈簧指數以及纏繞方式。預壓彈簧明顯低于低于自動彈簧成形機生産的彈簧。
  2. 無預壓彈簧
    如果由于必要的技術原因,可以使用松弛線圈無預壓的拉伸彈簧,工作線圈間存在間隙。自由彈簧間距通常爲0.2*D < t < 0.4*D。
警告:熱成形彈簧(查看[2.1])一定總不存在內預壓。

1.3 彈簧收尾設計

拉伸彈簧用于許多設計。最常用的彈簧收尾設計以列表顯示,可以針對圖示找到適合的方案。彈簧收尾設計類別依據固定彈簧的目標方法,尺寸及負載總量。

彈簧收尾設計

拉伸彈簧由于挂鈎高度不同屬性不一通常使用幾種挂鈎(A..J)來固定。固定挂鈎是在技術方面最佳的方案,但是這也給彈簧的負載能力帶來一定的問題。彈簧負載會在挂鈎處産生應力集中,該應力會明顯高于彈簧線圈計算的應力。必須在設計彈簧時考慮到這點。當使用固定挂鈎時推薦設計彈簧在足夠的安全等級[1.10]同時在節[6]中檢查挂鈎負載能力。應力集中數值依據挂鈎的類別,設計和尺寸,而且非常困難進行理論計算。對于出現在固定挂鈎[6.1]的彎曲應力,小尺寸挂鈎(I,J)或雙環(D,E)是最佳方案。對于在線圈與挂鈎過渡處的扭曲應力集中[6.2]側面整圈(C,E,I)是最佳方案。考慮到以上提到的因數,不推薦在疲勞負載中使用拉伸彈簧固定挂鈎結構。

對于固定挂鈎的各個設計,定于挂鈎高度值如下:

A) 半圈: LH = {0,55 .. 0,8} Di

B,C)整圈: LH = {0,8 .. 1,1} Di

D,E) 雙扭曲整圈: LH ~ Di

F) 內部整圈: LH = {1,05 .. 1,2} Di

G,H) 提高的挂勾: 1,2 Di < LH < 30 d

I,J) 小圈: 2 d < LH < 0,6 Di

K) 傾斜的整圈: LH = {0,35 .. 0,9} Di

無固定挂鈎設計的彈簧 (M .. O)通過間距不會在工作時改變的邊緣線圈來固定。這些類型的拉伸彈簧適合用于可能性的疲勞負載。

備注:熱成形彈簧(查看[2.1])一定常用于無固定挂鈎(設計N)
警告:如果彈簧的自動設計[3]中的過濾(行[3.13])禁用,

1.4 線圈纏繞方向.

順時針(右旋)適合用于彈簧;逆時針僅用于技術要求。

1.5 彈簧收尾線圈數

收尾線圈是彈簧的外部線圈,與工作線圈同軸,在彈簧工作變形中間距不改變。無固定挂鈎的拉伸彈簧使用收尾線圈固定彈簧。有固定挂鈎的彈簧沒有任何收尾線圈。

1.7 彈簧負載工作方式

選擇符合輸入數據的最佳負載模式。

  1. 輕度工作負載
    無沖擊持續負載,正弦曲線,小變形或低頻率負載,工作循環低于1000。例如,用于量測工具,安全和緩沖設備的彈簧,等等。
  2. 中度工作負載.
    低或中度變化的持續負載,變形的頻率爲普通,工作循環爲 105。常用于機械工具,加工零件或電子元件。
  3. 重度工作負載.
    重度沖擊負載,變形高頻率負載或長時間之後的突然變形,長工作壽命。

1.8 工作溫度.

工作環境溫度影響彈簧的恢複,表現爲彈簧在恒定作用力下的彈力減小。推薦加入該因數到彈簧設計中同時對工作溫度超過80 °C的彈簧增加適當的安全等級強度檢查。工作溫度必須得自所選彈簧材料。

備注:如果彈簧目標安全等級的自動設計啓動 [1.10]軟件根據所選材料計算安全等級下的工作溫度。

1.9 工作環境.

彈簧工作壽命由于腐蝕效應明顯減小。腐蝕對疲勞負載彈簧有更強的作用。推薦加入該因數到彈簧的設計中同時針對強腐蝕環境增加彈簧強度檢查安全等級。同樣必須考慮彈簧材料對腐蝕影響的效應。

備注:對于啓動的目標安全等級自動設計[1.10]計算在所選材料的安全等級設計中計算和評估工作環境腐蝕效應。

1.10 目標安全等級.

所選材料的最小允許扭曲應力 tD與實際彈簧線圈最大工作應力 t8之間的最小允許比率。對于無腐蝕大氣和周圍工作溫度超過80 °C的彈簧,考慮到拉伸彈簧的負載方式和過程,推薦使用安全等級 1,05 .. 1,3 。工作溫度更高或腐蝕環境下,需要設計更高的安全等級。

備注:如果檢查框啓動,考慮到負載過程和方法,所選彈簧材料的個工作條件,自動推薦安全等級設計。

1.11 應力曲線糾正方法.

螺旋彈簧,給定負載彈簧線圈應力用于計算簡單的扭矩。由于整圓出現額外的彎曲應力。因此,計算中使用糾正系數來糾正應力。有幾個常用的糾正系數,從表格中選擇符合你使用或標准推薦的糾正系數。

備注: 考慮到彈簧承載靜態負載的強度檢查,使用Bergstrasserr糾正系數給出最佳答案。
提示:靜態負載彈簧,通常不需要糾正

彈簧材料選項[2]  

本章節用于彈簧材料選擇。一旦選擇表中的材料,所有彈簧設計和計算的必要信息將全部顯示。如果你需要所選材料的更詳細的信息,或定義或修改現有的材料,轉到材料表“材料“

2.1生産方法.

從選擇清單中選擇所需的彈簧制程。冷成型用于普通尺寸的彈簧,直徑最大爲 16 mm. 熱成型用于重度負載彈簧,直徑超過10 mm.

備注:熱成型彈簧一定總無內預應力(查看[1.2]) 同時常無固定挂鈎(查看[1.3]設計N)
警告: 當生産方式改變,邊界條件(彈簧極限尺寸)也需要相應調整,定義在章節[3] "選項"表中

2.2 彈簧材料 .

從表格中選擇彈簧材料,考慮到設計彈簧任務的複雜性,該計算作爲工作表內部功能而執行。除了5個使用者的材料外,表格包含一個標准的所選材料。如果你想使用另外的標准,在工作表“材料”中選擇相應的標准。

2.3所選材料的使用範圍.

本章節包含所選材料的推薦使用信息。彈簧材料設計考慮到彈簧負載方式和工作條件。如果你必須使用低適合的材料,將會影響到彈簧安全等級的增加(查看行 [1.10] )

所選材料的特性顯示在行 [2.4, 2.6],以五個等級評估 (優異,非常好,好,差,不足), 相對應得強度在行 [2.5] ,分三個等級 (高,中,低)

2.9 材料機械和物理特性

該部分給出了所有計算,獨立于使用線徑的必要參數。

2.13 材料的強度特性

這一章節包含了所選材料的強度特性,這些是彈簧設計與計算所必需的。由于線徑的不同,相同材料的強度特性值不一樣。因此,根據線徑所給出的值參見行 [4.8].

彈簧設計 [3]

本段落用于彈簧設計。彈簧設計的目的在所給出的輸入條件中通常擁有許多不同適合的方案。因此,程序根據輸入條件執行反複多次的彈簧設計,通過各種彈簧設計,最終一個最優方案按照所選標准被挑出。可選擇的方案提供于分類的表格中,在表格中可以選擇適合的設計。所選彈簧的數據立即可以顯示在計算結果章節。

備注:計算設計僅爲靜態負載或低變化同時工作壽命要求低于 105 的彈簧。如果彈簧承載疲勞負載同時更久的工作循環,必須設計彈簧具有充分的安全等級 [1.10]並且在節[10]中檢查彈簧。

3.1 工作循環目的參數

這個部分用于輸入描述工作循環的基本參數的數據,這些數據必須符合所涉及的彈簧。第一個輸入列顯示彈簧所給參數的目標值。第二列給出允許的偏差,在設計值的0-99%範圍內。如果設計彈簧必須符合所給參數的目標值,必須輸入0偏差。

3.7 設計方案過濾

在這個部分,必須爲設計計算定義各種過濾和邊界條件。這些設定會明顯地影響彈簧設計過程和確定速度,精度和設計質量,適合方案的範圍和數量,最佳設計評估的定性標准。

推薦: 在設計過程中,建議使用連續加法,邊界條件和過濾。然後很容易發現不存在的方案。

3.8 最大允許彈簧外徑

如果在設計中必須限制彈簧的外徑。啓動開始行的確認框並在輸入框內輸入最大允許外徑值。

3.9 最小允許彈簧內徑

如果必須限制彈簧內徑,啓動開始行的確認框並在輸入框內輸入最小允許內徑值。

3.10 工作線圈的允許劃分

工作線圈是指在彈簧變形過程中那些間距和角度隨著變化的線圈,如果彈簧帶有固定挂鈎,工作線圈數等于總的彈簧線圈數。設計計算測試不同彈簧設計的更高的數量然後給出更加精確和更高質量的方案。另一方面,這會自然地放慢彈簧設計計算。

警告:如果彈簧帶有固定挂鈎,預設的線圈劃分定義了固定挂鈎的相互位置。如果挂鈎之間爲水平,不可能使用優于0.5的劃分。如果允許使用互相垂直挂鈎,可以劃分線圈爲0.25倍數。更好的劃分不用于拉伸彈簧。

3.11 允許超過彈簧極限尺寸

設計彈簧時,不可能在無尺寸極限下完成。一些彈簧尺寸或尺寸比率受標准規格和制造標准的推薦值的限制。在這裏提供一份邊界條件文件,必須在彈簧設計時考慮在內的邊界條件。

完全按照邊界條件設計有可能導致在計算結果中排出掉一些優越的方案。這些方案可能超出極限一些,除此之外,方案是可能接受的。出于此原因,設置一個設計計算的過濾器是可行的,過濾器定義超出彈簧極限尺寸的百分比。這將帶來更多適合的方案,但是,另一方面,必須仔細檢查所選超出極限值方案的可行性。在結果中超出極限的參數會以紅色顯示。

備注: 所有計算中的邊界尺寸極限在章節 [3.0]表格“選項“中給出 ,條件可以根據使用者的需求給出。在輸入單元旁邊的按鈕用于快速進入各個章節。

3.12 執行彈簧卡鈎負載初步檢查

固定挂鈎彈簧負載,這些挂鈎可能承載一定的應力集中,該應力將明顯地大于彈簧線圈計算應力。因此,推薦檢查彈簧固定挂鈎負載[6]。如果設計彈簧必須符合固定挂鈎負載能力檢查,那就必須在輸入彈簧設計計算數據時將此需求加入到計算中。選項之一爲啓動過濾。計算將執行挂鈎負載預檢查,同時産出設計評估那些不符合相應要求的方案。如果檢查禁止,推薦采用更高安全等級設計彈簧[1.10]來處理任何可能存在的應力集中。

集中應力值同樣依附于挂鈎尺寸[6.2,6.6],這些值在設計中無法得知,計算僅能評估這些尺寸。因此必須執行一個相應而生的固定挂鈎負載檢查在節[6]中,即使顧慮啓動。

備注:這個過濾對于彈簧設計K to P[1.3]無意義,同時允許行3.13中哦德過濾。

3.13 保持彈簧收尾的選擇設計

如果這個方案過濾預設爲”是“,結果設計僅包含在行[1.3]中的預設設計。否則,過濾推薦一種固定挂鈎類別計算,該計算以計算挂鈎高度爲基礎不考慮行[1.3]中的設置。然後計算根據計算的高度和推薦的極限而提供5個固定挂鈎設計選項:

1) 小圈 (type I) for LH < 0,55 Di

2) 半圈 (type A) for LH < 0,8 Di

3) 整圈 (type B) for LH < 1,1 Di

4) 內部整圈 (type F) for LH < 1,2 Di

5) 提高的挂勾 (type G) for LH > 1,2 Di

備注:如果這個過濾禁止同時行[3.12]過濾禁止,所有設計的方案將很可能使用小圈(type I),這是考慮到固定挂鈎彎曲應力的最佳方案。

3.14 保證所需的安全等級符合強度檢查

如果過濾設置爲“是“,計算結果將排出所有計算的安全等級 ss小于在行[1.10]給出的目標安全等級的方案。

如果過濾設置爲否,設計結果包括所有計算的安全等級大于和等于1的方案。由于事實上目標安全等級通常或多或少地精確計算。只有很少部分超過准確定義值會導致彈簧破壞,有經驗的用戶可以在執行設計時關閉過濾同時直接考慮到設計表格中設計彈簧安全等級或在結果章節中行[4.43] 。

提示:如果關閉過濾,設置表格[3.15] 中的品質標准到值“目標安全等級偏差“中可能是有幫助的。

3.15 品質規範

本行設置各個適合的彈簧設計方案的評估規範。最佳的方案在表格中提供給用戶。品質標准可以從下面的公式表中選出:

  1. 目標尺寸偏差: 規範提供了盡可能靠近在章節[3.1]輸入的目標參數值的工作循環參數方案。如果你希望保證目標工作循環參數越遠越好,推薦使用該規範。
  2. 最小彈簧重量: 該規範選擇適合的最輕彈簧。
  3. 目標安全等級偏差: 規範使用提供了彈簧在靜態負載下在行[1.13]所給出的計算的安全等級的方案,因此如果彈簧承載動態負載,盡可能的靠近目標安全等級或在行 [1.18]中給出的安全等級。如果你想找到彈簧強度檢查方面最理想的方案,使用此規範有顯著效果的。
  4. 綜合: 綜合了以上所有的品質標准。

在某些情況下,最好成功的執行所有標准下的設計,比較設計。

3.16 反複設計數目

彈簧的設計計算運用反複計算原則。本行用于設置反複計算的數目同時會影響設計速度,精度和品質。通常次數越多,計算越慢但越精確。但是,同樣建議設置本行時考慮其他因素的影響。

設計速度受電腦性能和設計種類的影響要大于選擇反複計算的數目。同時,設置多次的反複計算數目不一定帶來更加精確的方案對于已確定類別的設計。通常來講,普通設計設置少的或中等數目即可。自由設計可設置較多的次數,用于在章節[3.1]的工作循環的所有或大多數參數輸入參考的允許偏差,以及彈簧的目標直徑沒有在行[3.8, 3.9]中過濾受限。

3.17 方案選項

這個部分可以用于開始設計計算然後在設計方案表中選擇一個適合的彈簧。考慮到彈簧設計的複雜性, 不可能總是在改變一個輸入參數的前提下自動執行設計計算。一旦按下行[3.19]的按鍵,設計計算開始執行。計算進行的信息就會顯示在對話框中。

計算完成後,設計方案的表格會被填入選好的最佳方案,同時方案會自動傳給結果章節。結果篩選參照行[3.18]的規範。設計方案可以通過改變篩選規範重新篩選。

如果設計計算不成功,沒有適合的方案出現,同時會顯示警告信息。下面的文字給出了可能出現的詳細問題,以及可行的解決方法:

3.20 設計方案表

表格中參數的含義:

D 彈簧直徑
De 彈簧外徑
Di 彈簧內徑
d 線徑
n 工作線圈數
L0 彈簧自由長度
L1 預壓彈簧長度
L8 完全負載彈簧長度
F1 最小工作載荷
F8 最大工作載荷
t8 完全負載彈簧應力
ss 靜態負載彈簧安全等級
m 彈簧重量
LH 固定挂鈎高度,開始文字指示挂鈎設計類別。
品質 根據選擇的定性標准[3.15]一個比較值顯示方案的品質。給出值越低,設計品質越高。

 

彈簧設計參數總表 [4]

在此章節中描述了對于給定負載和彈簧尺寸的所有設計彈簧的必須參數。 從所選彈簧設計的方案表格[3.20] 或從一些輔助計算[7,8,9]中的數據轉移到計算中。對于彈簧獨立參數的簡易賦值檢查,一些數據是完整的包含推薦的極限值(表格中的綠色顯示部分)。推薦值超出的會以紅色分開顯示。可能導致無功能或彈簧損壞的關鍵值會以整個區域紅色顯示。

根據彈簧的狀態,彈簧參數在表格中分開顯示;彈簧強度檢查的結果會在章節的最後給出。彈簧各個尺寸參數的含義以插圖顯示。

如果必須調整一些設計彈簧的參數(例如,圓整設計尺寸),使用一些輔助計算 [7,8,9]。

4.1 更新選擇的彈簧設計結果

點擊此行按鈕更新從方案表格[3.20]中選定彈簧的參數表值。

4.10 彈簧引數

這個參數給出彈簧中心直徑和線徑比率

4.12 工作部分彈簧長度

彈簧工作部分長度僅由工作線圈構成,這些線圈在彈簧功能變形時其角度距離不改變。對于有固定挂鈎的彈簧,這個部分包括所有線圈。參見圖表中這個項目的含義。

4.14 彈簧卡鈎的高度

彈簧卡鈎的高度依據其類別和個別類型,推薦的極限被定義[1.3]。對于無固定挂鈎彈簧,這個項目意味著工作線圈的結尾到彈簧固定點間距(查看插圖)

4.17 卸載彈簧參數

彈簧設計給出自由彈簧參數[1.2]。對于預壓彈簧,預應力産生于彈簧制造過程中(纏繞)同時其值依據使用的鋼絲,彈簧指數和纏繞方式。彈簧是封閉線圈;因此間距等于線徑。

對于無預應力彈簧,彈簧是松弛線圈。自由彈簧間距必須是在工作表“選項”行[3.5]中給出的極限之間。(彈簧通常設計在間距爲0.2*D < t < 0.4*D)

4.36 自然彈簧頻率

疲勞彈簧負載存在共振現象。爲了消除這些共振,必須使負載頻率不同于彈簧的特性頻率(約+-15-20%)。

4.37 展開線長

考慮到彈簧擁有收尾類型A..K(查看[1.3])線長計算包含固定挂鈎的近似長度。

4.38 彈簧重量

考慮到彈簧擁有收尾類型A..K(查看[1.3])線重計算包含固定挂鈎的近似重量。

4.39 彈簧強度檢查

彈簧的強度檢查通過所選材料[4.42]的極限允許扭轉應力和完全負載條件[4.41]下糾正的彈簧應力之間的比較而得。如果設計彈簧必須符合全範圍的強度檢查,安全等級的結果[4.43]必須大于或等于所需安全等級[1.10]。

警告:檢查沒有計入在彈簧固定挂鈎處産生的任何可能的應力集中。僅彈簧的工作線圈的扭矩被檢查。因此,對于固定挂鈎彈簧,推薦同時執行強度檢查在節[6]。

4.40 曲率糾正因數

彈簧線圈應力爲簡單扭矩計算,計算值爲一理論值。實際上,線圈應力由于曲率帶來的附加彎曲應力而更大。因此,通過糾正系數(查看行[1.11])來糾正應力。

確定負載和長度的彈簧設計參數[5]

本章節可以用于計算確定工作條件彈簧參數(節[4]中設計)。節[5.1]是爲了在給出作用力負載Fx而設計計算長度Lx。節[5.6]允許使用者找到作用力,該作用力爲必須擴大給定長度Lx彈簧。

彈簧卡鈎負載計算和強度檢查. [6]

彈簧負載在固定挂鈎處會産生應力集中,該應力會明顯大于在彈簧線圈中計算的應力。因此推薦檢查該彈簧的固定挂鈎負載。本章節爲此目的而設計。

可能性的應力集中值依據挂鈎類別,設計和尺寸,同時通過理論計算非常困難。排除這些,至少近似計算用于提供一些方向信息。包含對于所選材料彈簧的任何可能超出極限強度的信息。

6.1 檢查彈簧卡鈎彎曲應力。

出現在挂鈎彎曲處的彎曲應力值取決于彈簧挂鈎半徑 rb [6.2]。隨著半徑增加應力值增加,反之亦然。因此,就彎曲應力“小圈”是最佳方案(查看P1.3],類別I,J)。檢查通過執行計算的固定挂鈎處最大彎曲應力[6.3]和彈簧材料允許的彎曲應力[6.4]之間的比較而執行。超出允許應力的參數值將以紅色顯示。任何可能超出彈簧材料強度Rm將以整個區域爲紅色顯示。

備注:雙扭曲整圈設計D或E[1.3]不許啊喲檢查彎曲應力。

6.5 彎曲過渡處的應力檢查

對于拉伸彈簧,最高的應力集中出現在線圈和挂鈎的過渡點。這些應力大小取決于過渡折彎半徑 rs [6.6]。理論計算實際應力集中非常困難在某些情況下甚至不可能,理論應力點通常通過使用糾正系數來計算,糾正因數通過過渡折彎中心值和內徑的比值而給出。總的來說,應力大小隨著彎曲半徑增加而減小,反之亦然。通常使用固定挂鈎的最佳方案是使用“側邊整圈”(查看[1.3],類別C,E)此設計的線圈過渡最順暢。

檢查通過執行計算的過渡彎曲處最大彎曲應力[6.7]和彈簧材料允許的彎曲應力[6.4]之間的比較而執行。超出允許應力的參數值將以紅色顯示。任何可能超出彈簧材料強度Rms 將以整個區域爲紅色顯示。

提示:如果固定挂鈎不符合任何檢查,修正半徑[6.2,6.6]或使用一個更加適合的挂鈎類別或更大尺寸的彈簧。

彈簧檢查計算. [7]

本章節介紹第一個輔助計算。計算包括3個功能。

  1. 已知尺寸彈簧的參數計算
    輸入完[7.2]中已知的工作循環參數和行[7.7, 7.9, 7.17, 7.18,7.21,7.24]中彈簧的尺寸,其他彈簧參數計算和強度檢查自動執行。計算彈簧的數據可以通過行[7.29]的按鍵轉移到結果章節[4],在章節[4]中一些其他彈簧參數被計算以及疲勞負載彈簧彈簧的強度檢查可以被執行。同時,在行[7.9, 7.18,7.21, 7.24] 中的所有檢查框必須被禁止。
  2. 彈簧設計修改及參數微調
    類似于其他兩個輔助計算,可以使用該計算微調彈簧參數(例如,圓整彈簧尺寸),在章節[3]中使用設計計算。使用行 [7.1]中的按鍵可以將設計的彈簧參數轉移到計算中。在修改過程中,任何可能超出彈簧參數推薦值的彈簧參數會以紅色顯示。 行[7.29]的按鍵可以將修改後的數據傳回到結果章節 [4] 。推薦目視檢查在結果章節中是否修改後的彈簧符合所有需要的檢查,包含固定挂鈎負載的可能檢查[6]。在計算過程中行 [7.9, 7.18,7.21, 7.24] 所有檢查框必須禁止
  3. 手動彈簧設計
    該計算允許有經驗的用戶對于給出的彈簧工作循環參數執行手動設計。設計彈簧時,推薦按以下流程:彈簧直徑,彈簧線徑,線圈數,彈簧長度 [7.7,7.9, 7.21, 7.24]。每輸入一個參數,以下參數的推薦值開始自動計算。設計時,最好啓動這些參數的檢查框。程序將自動定義給出參數變更爲更高的參量。 爲了簡化設計,彈簧直徑和線圈數被全部彙集到下拉滾動輸入框,從而加速這些參數的輸入和變更。在設計過程中,任何可能超出彈簧參數推薦值的彈簧參數會以紅色顯示。 行[7.29]的按鍵可以將修改後的數據傳回到結果章節 [4] ,一些其他彈簧參數計算和疲勞負載彈簧強度檢查可以被執行。對于固定挂鈎彈簧,推薦執行挂鈎負載檢查[6]。

7.15 卸載彈簧參數

自由彈簧設計決定它的參數[1.2]。

對于預壓彈簧,預應力産生于彈簧制造過程中(纏繞)同時其值依據使用的鋼絲,彈簧指數和纏繞方式。彈簧是封閉線圈;因此間距等于線徑。如果預應力值對于給定彈簧未知(例如,制造商提供),可以使用自動設計。如果行[7.17]中的檢查框啓動,預應力將根據DIN 2089而自動計算。

對于無預應力彈簧,彈簧是松弛線圈。自由彈簧間距必須是在工作表“選項”行[3.5]中給出的極限之間。(彈簧通常設計在間距爲0.2*D < t < 0.4*D)。如果行[7.17]中的檢查框啓動,間距將以彈簧極限尺寸的中心值而自動設計。

7.24 彈簧卡鈎高度

彈簧卡鈎的高度依據其類別和個別類型,推薦的極限被定義[1.3]。

彈簧作用力計算. [8]

本節的計算包含兩功能。

  1. 已知負載,尺寸的彈簧參數計算
    在[8.2]中輸入工作循環參數,行[8.7, 8.8, 8.11, 8.13] 中輸入彈簧尺寸之後,作用力需要擴大至彈簧到目標長度同時彈簧在此負載下的強度檢查自動執行。通過使用行[8.27]中的按鍵計算彈簧的數據可以輸出到結果章節[4]中,一些彈簧的其他的參數被另外計算。
  2. 修改和微調使用設計計算
    類似于其他兩個輔助計算,可以使用該計算微調彈簧參數(例如,圓整彈簧尺寸),在章節[3]中使用設計計算。使用行 [8.1]中的按鍵可以將設計的彈簧參數轉移到計算中。在修改過程中,任何可能超出彈簧參數推薦值的彈簧參數會以紅色顯示。 行[9.22]的按鍵可以將修改後的數據傳回到結果章節 [4] 。推薦目視檢查結果章節中修正的彈簧是否符合所有必須檢查,包括固定挂鈎檢查。[6]

8.13 彈簧卡鈎高度。

彈簧卡鈎的高度依據其類別和個別類型,推薦的極限被定義[1.3]。

8.16 卸載彈簧參數

卸載彈簧參數在其設計[1.2]中給出。

對于預壓彈簧,預應力産生于彈簧制造過程中(纏繞)同時其值依據使用的鋼絲,彈簧指數和纏繞方式。彈簧是封閉線圈;因此間距等于線徑。如果預應力值對于給定彈簧未知(例如,制造商提供),可以使用自動設計。如果行[8.18]中的檢查框啓動,預應力將根據DIN 2089而自動計算。

對于無預應力彈簧,彈簧是松弛線圈。自由彈簧間距必須是在工作表“選項”行[3.5]中給出的極限之間。(彈簧通常設計在間距爲0.2*D < t < 0.4*D)。如果行[8.18]中的檢查框啓動,間距將以彈簧極限尺寸的中心值而自動設計。

彈簧工作長度計算。 [9]

此節的計算包含兩個功能。

  1. 給定負載的已知尺寸彈簧的參數計算。
    在[9.2]節行[9.6,9.7,9.10,9.12]中輸入彈簧負載後彈簧其他參數和強度檢查將自動執行。計算彈簧的數據可以通過點擊行[9.27]的按鍵輸出到結果章節[4]中,在結果章節中,彈簧的一些其他參數也被計算。
  2. 使用設計計算修正和微調彈簧參數。
    同其他兩個輔助計算類似,可以使用計算微調彈簧參數(例如:彈簧尺寸圓整),在章節[3]中設計。設計彈簧數據可以通過行[9.1]中的按鍵輸出。在修正過程中,你將被告知任何可能超出推薦值參數,此參數以紅色顯示。修正的數據可以通過行[9.27]中的按鍵轉移回結果章節[4]。推薦在結果章節中目視檢查是否修正彈簧符合所有必要檢查,包括固定挂鈎負載檢查。

9.12 彈簧卡鈎高度

彈簧卡鈎的高度依據其類別和個別類型,推薦的極限被定義[1.3]。

9.14 卸載彈簧參數

卸載彈簧參數在其設計[1.2]中給出。

對于預壓彈簧,預應力産生于彈簧制造過程中(纏繞)同時其值依據使用的鋼絲,彈簧指數和纏繞方式。彈簧是封閉線圈;因此間距等于線徑。如果預應力值對于給定彈簧未知(例如,制造商提供),可以使用自動設計。如果行[9.16]中的檢查框啓動,預應力將根據DIN 2089而自動計算。

對于無預應力彈簧,彈簧是松弛線圈。自由彈簧間距必須是在工作表“選項”行[3.5]中給出的極限之間。(彈簧通常設計在間距爲0.2*D < t < 0.4*D)。如果行[9.16]中的檢查框啓動,間距將以彈簧極限尺寸的中心值而自動設計。

疲勞負載彈簧計算 [10]

疲勞負載拉伸彈簧的工作壽命以大于105 循環爲目標,受固定挂鈎形狀影響很大。在工作線圈與挂鈎過渡區域的額外應力明顯增加同時此應力遠遠大于工作線圈應力。集中應力值取決于挂鈎的種類,設計和尺寸。很難進行理論計算(有些情況設置不可能)。除此之外,線圈間距阻止完美的噴丸。出于這些原因,避免使用疲勞負載拉伸彈簧。如果必須使用疲勞負載拉伸彈簧,推薦不要使用固定挂鈎結構而選擇其他的彈簧固定方式(查看[1.3],類型M,N,O)

本節用于疲勞負載拉伸彈簧計算和強度檢查。如果你僅僅希望檢查設計的彈簧,使用章節[3]的設計計算,點擊行[10.1]按鍵輸出設計彈簧的數據到計算中。點擊行[10.38]將結果數據輸出到結果[4]中,一些其他的彈簧參數被另外計算。

節[3]中設計彈簧,以靜態負載強度檢查而被優化,可能不符合動態檢查要求。如果也希望對疲勞負載彈簧使用自動設計[3],流程如下:

警告:這裏計算僅是對工作線圈應力執行強度(疲勞)檢查,並不計入在固定挂鈎處任何可能的應力集中。

10.3 疲勞負載彈簧的工作負載模式

選擇適合你輸入數據的最佳負載模式

  1. 持續負載。
    無沖擊持續負載,正弦曲線。
  2. 輕度沖擊負載。
    不規律的輕度或中度負載,負載曲線明顯不同于正弦曲線
  3. 重度沖擊負載。
    不連續負載彈簧,承受重度沖擊,彈簧承受不定期的長時間後的突然變形,彈簧在力釋放後線圈有可能相互撞擊。

10.4 彈簧目標工作壽命。

疲勞負載彈簧有兩個區域應力是明顯區分的。彈簧有限壽命以內的區域(低于107 工作循環)彈簧疲勞強度隨著工作循環增加而減小。無限壽命區域(目標壽命大于107工作循環)材料的疲勞極限以及彈簧強度維持近似恒定。

 

10.5 目標安全等級。

安全等級給出彈簧扭矩 tc 疲勞強度與彈簧線圈實際最大工作應力 t8之間的最小允許比率。對于無腐蝕大氣和工作溫度接近80 °C,考慮到負載曲線和模式,推薦選擇安全等級1.05 .. 1.25.爲了決定安全等級,也必須爲所選材料疲勞負載考慮適合性。對于適合疲勞負載的材料,推薦增加安全等級20%。工作在高溫或腐蝕環境下的彈簧一定設計更高的安全等級。腐蝕對疲勞負載彈簧的工作壽命有顯著效應。

備注:啓動檢查框後,根據負載曲線和模式,工作條件以及彈簧所選材料自動設計推薦的安全等級。

10.6 應力曲線糾正方法。

螺旋彈簧,給定負載彈簧線圈應力用于計算簡單的扭矩。由于整圓出現額外的彎曲應力。因此,計算中使用糾正系數來糾正應力。有幾個常用的糾正系數,從表格中選擇符合你使用或標准推薦的糾正系數。

備注: 考慮到彈簧承載靜態負載的強度檢查,使用Bergstrasserr糾正系數給出最佳答案。

10.17 彈簧卡鈎高度

彈簧卡鈎的高度依據其類別和個別類型,推薦的極限被定義[1.3]。

10.19 卸載彈簧參數

卸載彈簧參數在其設計[1.2]中給出。

對于預壓彈簧,預應力産生于彈簧制造過程中(纏繞)同時其值依據使用的鋼絲,彈簧指數和纏繞方式。彈簧是封閉線圈;因此間距等于線徑。如果預應力值對于給定彈簧未知(例如,制造商提供),可以使用自動設計。如果行[10.21]中的檢查框啓動,預應力將根據DIN 2089而自動計算。

對于無預應力彈簧,彈簧是松弛線圈。自由彈簧間距必須是在工作表“選項”行[3.5]中給出的極限之間。(彈簧通常設計在間距爲0.2*D < t < 0.4*D)。如果行[10.21]中的檢查框啓動,間距將以彈簧極限尺寸的中心值而自動設計。

10.28 彈簧強度檢查

彈簧的強度檢查通過所選材料給定負載[10.36]的極限允許扭轉應力和完全負載條件[10.31]下糾正的彈簧應力之間的比較而得。如果設計彈簧必須符合全範圍的強度檢查,安全等級的結果[10.37]必須大于或等于所需安全等級[10.5]。

10.36 額定負載下的最大疲勞強度

最大疲勞強度極限的定義是依據所選材料的疲勞極限以及使用 Smith疲勞圖標而給出的彈簧負載曲線。

圖形輸出, CAD系統.

2D and 3D的圖形輸入選項信息和2D and 3D CAD系統的合作信息可以在文檔中"圖形輸出,CAD 系統"找到。

設置,改變語言.

設置計算參數信息和設置語言可以在文檔 "設置計算,改變語言"中找到。

補充-計算:

3.0 彈簧極限尺寸

設計彈簧時,不可能在沒有確定尺寸極限下進行。一些各個彈簧的尺寸或比率受相關的標准推薦值或不同的生産者限定。 (例如 DIN 2097) 。這就需要制作一個臨界條件檔案,這些條件必須在彈簧計算中被考慮到。

因此,不同的推薦彈簧極限尺寸可能根據使用者的需求而在此章節修正試用。各個參數的最小值可以在第一列中輸入。最大值在第二列。考慮到輸入更多自由臨界條件(減小最小或增大最大值),程序在較寬的適合方案中選擇一個適合的方案。 這將提高找到更高質量的方案的機會。另一方面,這將帶來被選供應商將不能制造彈簧的風險。

如果對于彈簧極限尺寸沒有特殊的要求,預先去確定的設置能被使用。在輸入區域按鍵[3.7]設置符合臨界條件的常用彈簧的絕對值。

備注: 在計算本身,結果章節中任何超出極限尺寸將以紅色參數顯示。

3.1 彈簧引值

在此給出彈簧中心直徑和線徑的比率 D/d . 參照 DIN2097,允許的彈簧指數爲 4 to 20。

3.2 最大外徑。

根據DIN2097,最大爲200mm,通常爲大直徑彈簧。

3.3 彈簧自由長度與彈簧線徑的比值

無標准規範,通常1到15爲常用彈簧。

3.4 最大彈簧自由長度

根據DIN2097,最大爲1500mm。

3.5 自由狀態下間距和彈簧線徑比

無標准規範;正常生産無預應力,冷拉或熱成形加強鋼絲制造,通常0.2*D < t < 0.4*D。

備注:這個邊界條件僅爲無預壓拉伸彈簧有意義[1.2]。對于預壓彈簧,線圈互相臨近,間距等于線徑。

3.6 最小工作線圈數

根據DIN2097拉伸彈簧的最小線圈數爲3。

工作表修正(計算).

如何修改和拓展計算工作表的常規信息在 "工作表(計算)修改"中提到。

輔助 - 計算:

彈簧計算過程中,不可以通過修改工作表而幹預彈簧的設計計算。考慮到彈簧設計的複雜性,計算執行爲工作表內部功能。