螺旋圆柱拉伸弹簧

计算的目的是对承载静态负载,由圆截面的线或棒加工而成的螺旋圆柱拉伸弹簧进行几何和强度设计。另外几何和强度参数设计综合了CAD系统。软件提供以下任务选项:

  1. 自动设计弹簧

  2. 在弹簧强度,几何以及重量设计中择一优化选择

  3. 弹簧强度检查

  4. 已知产品弹簧和组装尺寸的作用力计算。

  5. 已知负载和产品参数的安装尺寸计算。

  6. 软件包含通用弹簧材料表: ISO, EN, ASTM/SAE, DIN, BS, JIS及其他。

  7. 支持2D和3D CAD系统。

计算理论依据专业文献和标准EN 13906-2, DIN 2089-2, DIN 2097中的数据,程序和运算法则。

计算的控制,结构和法则

计算的法则和控制可以在以下文档中找到 "控制,结构和计算法则".

项目信息

项目信息章节的目的,使用和控制可以通过链接文档找到 "项目信息".

基本术语

拉伸弹簧为拥有近似恒定硬度,可以吸收轴向作用力的螺旋圆柱弹簧。冷拉弹簧适合预压制造,因此是冷圈工作线圈。如果必须的技术原因,可以使用松弛的无预压弹簧,工作线圈之间有间隙。热成形弹簧一定总是无内预压力。

根据弹簧的功能,可划分弹簧的基本状态:

弹簧状态 状态描述 指数
自由 无负载 0
预压 弹簧承载最小工作负载 1
完全负载 弹簧承载最大工作负载 8
极限 弹簧承载极限工作负载 9

 

以上提到的指数用于定义给定弹簧状态下的弹簧各个参数。

预应力拉伸弹簧

无预应力拉伸弹簧,松弛线圈

 

根据负载方式,弹簧的计算目标可以被分为静态负载弹簧,低变化负载工作寿命低于105弹簧以及工作寿命大于105的疲劳负载弹簧。考虑到挂钩形状设计对弹簧工作寿命的影响,以及无法对拉伸弹簧做完美的喷丸效果,不建议拉伸弹簧承受疲劳负载。

计算流程

弹簧设计任务可以直接解决同时允许弹簧设计,尺寸或负载选项自由。许多不同设计和尺寸的弹簧可能都符合输入参数的要求。因此,必须重复而连续地执行各个弹簧设计。计算通过针对定性标准而创建最佳设计表格来解决任务。方案流程如下(方括号为章节编号)

  1. 选择弹簧生产参数[1.1].
  2. 设置工作循环参数(负载方式,温度和环境腐蚀性)以及目标安全等级[1.6].
  3. 选择弹簧适合的制程[2.1]
  4. 根据推荐使用的范围[2.3] 而选择弹簧材料[2.2].
  5. 输入工作循环目标参数(弹簧负载,长度和冲击)[3.1].
  6. 设置弹簧设计条件的必要过滤和边界条件[3.7].
  7. 选择结果分类方法[3.18] 点击按键开始计算设计[3.19].
  8. 从表格中选择适合的方案[3.20].
  9. 在节[4]中检查目标弹簧参数.
  10. 在节[6]中检查挂钩负载,若弹簧有固定挂钩.
  11. 若你需要微调一些弹簧的尺寸,使用一些辅助计算[7,8,9]来作更改。执行更改之后,输出结果到节[4]再一次检查弹簧是否符合强度检查[4.39]的要求。
  12. 节[10]为疲劳负载弹簧的计算。
  13. 保存目标方案工作表并重命名。

负载条件,弹簧工作和生产参数选择 [1]  

在此节中,输入基本输入参数,确定负载方法和模式,弹簧固定设计与方式以及工作环境参数。

1.2 弹簧设计

拉伸弹簧用于两种基本设计:

  1. 预压弹簧
    冷拉弹簧建议制造为预压,工作线圈互相接触。预压弹簧可以增加弹簧的工作负载能力。对于弹簧目标长度的变形,必须使用高于无负载弹簧。预压出现在弹簧线圈缠绕的过程中,它的大小依据使用的材料,弹簧指数以及缠绕方式。预压弹簧明显低于低于自动弹簧成形机生产的弹簧。
  2. 无预压弹簧
    如果由于必要的技术原因,可以使用松弛线圈无预压的拉伸弹簧,工作线圈间存在间隙。自由弹簧间距通常为0.2*D < t < 0.4*D。
警告:热成形弹簧(查看[2.1])一定总不存在内预压。

1.3 弹簧收尾设计

拉伸弹簧用于许多设计。最常用的弹簧收尾设计以列表显示,可以针对图示找到适合的方案。弹簧收尾设计类别依据固定弹簧的目标方法,尺寸及负载总量。

弹簧收尾设计

拉伸弹簧由于挂钩高度不同属性不一通常使用几种挂钩(A..J)来固定。固定挂钩是在技术方面最佳的方案,但是这也给弹簧的负载能力带来一定的问题。弹簧负载会在挂钩处产生应力集中,该应力会明显高于弹簧线圈计算的应力。必须在设计弹簧时考虑到这点。当使用固定挂钩时推荐设计弹簧在足够的安全等级[1.10]同时在节[6]中检查挂钩负载能力。应力集中数值依据挂钩的类别,设计和尺寸,而且非常困难进行理论计算。对于出现在固定挂钩[6.1]的弯曲应力,小尺寸挂钩(I,J)或双环(D,E)是最佳方案。对于在线圈与挂钩过渡处的扭曲应力集中[6.2]侧面整圈(C,E,I)是最佳方案。考虑到以上提到的因数,不推荐在疲劳负载中使用拉伸弹簧固定挂钩结构。

对于固定挂钩的各个设计,定于挂钩高度值如下:

A) 半圈: LH = {0,55 .. 0,8} Di

B,C)整圈: LH = {0,8 .. 1,1} Di

D,E) 双扭曲整圈: LH ~ Di

F) 内部整圈: 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) 倾斜的整圈: LH = {0,35 .. 0,9} Di

无固定挂钩设计的弹簧 (M .. O)通过间距不会在工作时改变的边缘线圈来固定。这些类型的拉伸弹簧适合用于可能性的疲劳负载。

备注:热成形弹簧(查看[2.1])一定常用于无固定挂钩(设计N)
警告:如果弹簧的自动设计[3]中的过滤(行[3.13])禁用,

1.4 线圈缠绕方向.

顺时针(右旋)适合用于弹簧;逆时针仅用于技术要求。

1.5 弹簧收尾线圈数

收尾线圈是弹簧的外部线圈,与工作线圈同轴,在弹簧工作变形中间距不改变。无固定挂钩的拉伸弹簧使用收尾线圈固定弹簧。有固定挂钩的弹簧没有任何收尾线圈。

1.7 弹簧负载工作方式

选择符合输入数据的最佳负载模式。

  1. 轻度工作负载
    无冲击持续负载,正弦曲线,小变形或低频率负载,工作循环低于1000。例如,用于量测工具,安全和缓冲设备的弹簧,等等。
  2. 中度工作负载.
    低或中度变化的持续负载,变形的频率为普通,工作循环为 105。常用于机械工具,加工零件或电子元件。
  3. 重度工作负载.
    重度冲击负载,变形高频率负载或长时间之后的突然变形,长工作寿命。

1.8 工作温度.

工作环境温度影响弹簧的恢复,表现为弹簧在恒定作用力下的弹力减小。推荐加入该因数到弹簧设计中同时对工作温度超过80 °C的弹簧增加适当的安全等级强度检查。工作温度必须得自所选弹簧材料。

备注:如果弹簧目标安全等级的自动设计启动 [1.10]软件根据所选材料计算安全等级下的工作温度。

1.9 工作环境.

弹簧工作寿命由于腐蚀效应明显减小。腐蚀对疲劳负载弹簧有更强的作用。推荐加入该因数到弹簧的设计中同时针对强腐蚀环境增加弹簧强度检查安全等级。同样必须考虑弹簧材料对腐蚀影响的效应。

备注:对于启动的目标安全等级自动设计[1.10]计算在所选材料的安全等级设计中计算和评估工作环境腐蚀效应。

1.10 目标安全等级.

所选材料的最小允许扭曲应力 tD与实际弹簧线圈最大工作应力 t8之间的最小允许比率。对于无腐蚀大气和周围工作温度超过80 °C的弹簧,考虑到拉伸弹簧的负载方式和过程,推荐使用安全等级 1,05 .. 1,3 。工作温度更高或腐蚀环境下,需要设计更高的安全等级。

备注:如果检查框启动,考虑到负载过程和方法,所选弹簧材料的个工作条件,自动推荐安全等级设计。

1.11 应力曲线纠正方法.

螺旋弹簧,给定负载弹簧线圈应力用于计算简单的扭矩。由于整圆出现额外的弯曲应力。因此,计算中使用纠正系数来纠正应力。有几个常用的纠正系数,从表格中选择符合你使用或标准推荐的纠正系数。

备注: 考虑到弹簧承载静态负载的强度检查,使用Bergstrasserr纠正系数给出最佳答案。
提示:静态负载弹簧,通常不需要纠正

弹簧材料选项[2]  

本章节用于弹簧材料选择。一旦选择表中的材料,所有弹簧设计和计算的必要信息将全部显示。如果你需要所选材料的更详细的信息,或定义或修改现有的材料,转到材料表“材料“

2.1生产方法.

从选择清单中选择所需的弹簧制程。冷成型用于普通尺寸的弹簧,直径最大为 16 mm. 热成型用于重度负载弹簧,直径超过10 mm.

备注:热成型弹簧一定总无内预应力(查看[1.2]) 同时常无固定挂钩(查看[1.3]设计N)
警告: 当生产方式改变,边界条件(弹簧极限尺寸)也需要相应调整,定义在章节[3] "选项"表中

2.2 弹簧材料 .

从表格中选择弹簧材料,考虑到设计弹簧任务的复杂性,该计算作为工作表内部功能而执行。除了5个使用者的材料外,表格包含一个标准的所选材料。如果你想使用另外的标准,在工作表“材料”中选择相应的标准。

2.3所选材料的使用范围.

本章节包含所选材料的推荐使用信息。弹簧材料设计考虑到弹簧负载方式和工作条件。如果你必须使用低适合的材料,将会影响到弹簧安全等级的增加(查看行 [1.10] )

所选材料的特性显示在行 [2.4, 2.6],以五个等级评估 (优异,非常好,好,差,不足), 相对应得强度在行 [2.5] ,分三个等级 (高,中,低)

2.9 材料机械和物理特性

该部分给出了所有计算,独立于使用线径的必要参数。

2.13 材料的强度特性

这一章节包含了所选材料的强度特性,这些是弹簧设计与计算所必需的。由于线径的不同,相同材料的强度特性值不一样。因此,根据线径所给出的值参见行 [4.8].

弹簧设计 [3]

本段落用于弹簧设计。弹簧设计的目的在所给出的输入条件中通常拥有许多不同适合的方案。因此,程序根据输入条件执行反复多次的弹簧设计,通过各种弹簧设计,最终一个最优方案按照所选标准被挑出。可选择的方案提供于分类的表格中,在表格中可以选择适合的设计。所选弹簧的数据立即可以显示在计算结果章节。

备注:计算设计仅为静态负载或低变化同时工作寿命要求低于 105 的弹簧。如果弹簧承载疲劳负载同时更久的工作循环,必须设计弹簧具有充分的安全等级 [1.10]并且在节[10]中检查弹簧。

3.1 工作循环目的参数

这个部分用于输入描述工作循环的基本参数的数据,这些数据必须符合所涉及的弹簧。第一个输入列显示弹簧所给参数的目标值。第二列给出允许的偏差,在设计值的0-99%范围内。如果设计弹簧必须符合所给参数的目标值,必须输入0偏差。

3.7 设计方案过滤

在这个部分,必须为设计计算定义各种过滤和边界条件。这些设定会明显地影响弹簧设计过程和确定速度,精度和设计质量,适合方案的范围和数量,最佳设计评估的定性标准。

推荐: 在设计过程中,建议使用连续加法,边界条件和过滤。然后很容易发现不存在的方案。

3.8 最大允许弹簧外径

如果在设计中必须限制弹簧的外径。启动开始行的确认框并在输入框内输入最大允许外径值。

3.9 最小允许弹簧内径

如果必须限制弹簧内径,启动开始行的确认框并在输入框内输入最小允许内径值。

3.10 工作线圈的允许划分

工作线圈是指在弹簧变形过程中那些间距和角度随着变化的线圈,如果弹簧带有固定挂钩,工作线圈数等于总的弹簧线圈数。设计计算测试不同弹簧设计的更高的数量然后给出更加精确和更高质量的方案。另一方面,这会自然地放慢弹簧设计计算。

警告:如果弹簧带有固定挂钩,预设的线圈划分定义了固定挂钩的相互位置。如果挂钩之间为水平,不可能使用优于0.5的划分。如果允许使用互相垂直挂钩,可以划分线圈为0.25倍数。更好的划分不用于拉伸弹簧。

3.11 允许超过弹簧极限尺寸

设计弹簧时,不可能在无尺寸极限下完成。一些弹簧尺寸或尺寸比率受标准规格和制造标准的推荐值的限制。在这里提供一份边界条件文件,必须在弹簧设计时考虑在内的边界条件。

完全按照边界条件设计有可能导致在计算结果中排出掉一些优越的方案。这些方案可能超出极限一些,除此之外,方案是可能接受的。出于此原因,设置一个设计计算的过滤器是可行的,过滤器定义超出弹簧极限尺寸的百分比。这将带来更多适合的方案,但是,另一方面,必须仔细检查所选超出极限值方案的可行性。在结果中超出极限的参数会以红色显示。

备注: 所有计算中的边界尺寸极限在章节 [3.0]表格“选项“中给出 ,条件可以根据使用者的需求给出。在输入单元旁边的按钮用于快速进入各个章节。

3.12 执行弹簧卡钩负载初步检查

固定挂钩弹簧负载,这些挂钩可能承载一定的应力集中,该应力将明显地大于弹簧线圈计算应力。因此,推荐检查弹簧固定挂钩负载[6]。如果设计弹簧必须符合固定挂钩负载能力检查,那就必须在输入弹簧设计计算数据时将此需求加入到计算中。选项之一为启动过滤。计算将执行挂钩负载预检查,同时产出设计评估那些不符合相应要求的方案。如果检查禁止,推荐采用更高安全等级设计弹簧[1.10]来处理任何可能存在的应力集中。

集中应力值同样依附于挂钩尺寸[6.2,6.6],这些值在设计中无法得知,计算仅能评估这些尺寸。因此必须执行一个相应而生的固定挂钩负载检查在节[6]中,即使顾虑启动。

备注:这个过滤对于弹簧设计K to P[1.3]无意义,同时允许行3.13中哦德过滤。

3.13 保持弹簧收尾的选择设计

如果这个方案过滤预设为”是“,结果设计仅包含在行[1.3]中的预设设计。否则,过滤推荐一种固定挂钩类别计算,该计算以计算挂钩高度为基础不考虑行[1.3]中的设置。然后计算根据计算的高度和推荐的极限而提供5个固定挂钩设计选项:

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) 内部整圈 (type F) for LH < 1,2 Di

5) 提高的挂勾 (type G) for LH > 1,2 Di

备注:如果这个过滤禁止同时行[3.12]过滤禁止,所有设计的方案将很可能使用小圈(type I),这是考虑到固定挂钩弯曲应力的最佳方案。

3.14 保证所需的安全等级符合强度检查

如果过滤设置为“是“,计算结果将排出所有计算的安全等级 ss小于在行[1.10]给出的目标安全等级的方案。

如果过滤设置为否,设计结果包括所有计算的安全等级大于和等于1的方案。由于事实上目标安全等级通常或多或少地精确计算。只有很少部分超过准确定义值会导致弹簧破坏,有经验的用户可以在执行设计时关闭过滤同时直接考虑到设计表格中设计弹簧安全等级或在结果章节中行[4.43] 。

提示:如果关闭过滤,设置表格[3.15] 中的品质标准到值“目标安全等级偏差“中可能是有帮助的。

3.15 品质规范

本行设置各个适合的弹簧设计方案的评估规范。最佳的方案在表格中提供给用户。品质标准可以从下面的公式表中选出:

  1. 目标尺寸偏差: 规范提供了尽可能靠近在章节[3.1]输入的目标参数值的工作循环参数方案。如果你希望保证目标工作循环参数越远越好,推荐使用该规范。
  2. 最小弹簧重量: 该规范选择适合的最轻弹簧。
  3. 目标安全等级偏差: 规范使用提供了弹簧在静态负载下在行[1.13]所给出的计算的安全等级的方案,因此如果弹簧承载动态负载,尽可能的靠近目标安全等级或在行 [1.18]中给出的安全等级。如果你想找到弹簧强度检查方面最理想的方案,使用此规范有显著效果的。
  4. 综合: 综合了以上所有的品质标准。

在某些情况下,最好成功的执行所有标准下的设计,比较设计。

3.16 反复设计数目

弹簧的设计计算运用反复计算原则。本行用于设置反复计算的数目同时会影响设计速度,精度和品质。通常次数越多,计算越慢但越精确。但是,同样建议设置本行时考虑其他因素的影响。

设计速度受电脑性能和设计种类的影响要大于选择反复计算的数目。同时,设置多次的反复计算数目不一定带来更加精确的方案对于已确定类别的设计。通常来讲,普通设计设置少的或中等数目即可。自由设计可设置较多的次数,用于在章节[3.1]的工作循环的所有或大多数参数输入参考的允许偏差,以及弹簧的目标直径没有在行[3.8, 3.9]中过滤受限。

3.17 方案选项

这个部分可以用于开始设计计算然后在设计方案表中选择一个适合的弹簧。考虑到弹簧设计的复杂性, 不可能总是在改变一个输入参数的前提下自动执行设计计算。一旦按下行[3.19]的按键,设计计算开始执行。计算进行的信息就会显示在对话框中。

计算完成后,设计方案的表格会被填入选好的最佳方案,同时方案会自动传给结果章节。结果筛选参照行[3.18]的规范。设计方案可以通过改变筛选规范重新筛选。

如果设计计算不成功,没有适合的方案出现,同时会显示警告信息。下面的文字给出了可能出现的详细问题,以及可行的解决方法:

3.20 设计方案表

表格中参数的含义:

D 弹簧直径
De 弹簧外径
Di 弹簧内径
d 线径
n 工作线圈数
L0 弹簧自由长度
L1 预压弹簧长度
L8 完全负载弹簧长度
F1 最小工作载荷
F8 最大工作载荷
t8 完全负载弹簧应力
ss 静态负载弹簧安全等级
m 弹簧重量
LH 固定挂钩高度,开始文字指示挂钩设计类别。
品质 根据选择的定性标准[3.15]一个比较值显示方案的品质。给出值越低,设计品质越高。

 

弹簧设计参数总表 [4]

在此章节中描述了对于给定负载和弹簧尺寸的所有设计弹簧的必须参数。 从所选弹簧设计的方案表格[3.20] 或从一些辅助计算[7,8,9]中的数据转移到计算中。对于弹簧独立参数的简易赋值检查,一些数据是完整的包含推荐的极限值(表格中的绿色显示部分)。推荐值超出的会以红色分开显示。可能导致无功能或弹簧损坏的关键值会以整个区域红色显示。

根据弹簧的状态,弹簧参数在表格中分开显示;弹簧强度检查的结果会在章节的最后给出。弹簧各个尺寸参数的含义以插图显示。

如果必须调整一些设计弹簧的参数(例如,圆整设计尺寸),使用一些辅助计算 [7,8,9]。

4.1 更新选择的弹簧设计结果

点击此行按钮更新从方案表格[3.20]中选定弹簧的参数表值。

4.10 弹簧引数

这个参数给出弹簧中心直径和线径比率

4.12 工作部分弹簧长度

弹簧工作部分长度仅由工作线圈构成,这些线圈在弹簧功能变形时其角度距离不改变。对于有固定挂钩的弹簧,这个部分包括所有线圈。参见图表中这个项目的含义。

4.14 弹簧卡钩的高度

弹簧卡钩的高度依据其类别和个别类型,推荐的极限被定义[1.3]。对于无固定挂钩弹簧,这个项目意味着工作线圈的结尾到弹簧固定点间距(查看插图)

4.17 卸载弹簧参数

弹簧设计给出自由弹簧参数[1.2]。对于预压弹簧,预应力产生于弹簧制造过程中(缠绕)同时其值依据使用的钢丝,弹簧指数和缠绕方式。弹簧是封闭线圈;因此间距等于线径。

对于无预应力弹簧,弹簧是松弛线圈。自由弹簧间距必须是在工作表“选项”行[3.5]中给出的极限之间。(弹簧通常设计在间距为0.2*D < t < 0.4*D)

4.36 自然弹簧频率

疲劳弹簧负载存在共振现象。为了消除这些共振,必须使负载频率不同于弹簧的特性频率(约+-15-20%)。

4.37 展开线长

考虑到弹簧拥有收尾类型A..K(查看[1.3])线长计算包含固定挂钩的近似长度。

4.38 弹簧重量

考虑到弹簧拥有收尾类型A..K(查看[1.3])线重计算包含固定挂钩的近似重量。

4.39 弹簧强度检查

弹簧的强度检查通过所选材料[4.42]的极限允许扭转应力和完全负载条件[4.41]下纠正的弹簧应力之间的比较而得。如果设计弹簧必须符合全范围的强度检查,安全等级的结果[4.43]必须大于或等于所需安全等级[1.10]。

警告:检查没有计入在弹簧固定挂钩处产生的任何可能的应力集中。仅弹簧的工作线圈的扭矩被检查。因此,对于固定挂钩弹簧,推荐同时执行强度检查在节[6]。

4.40 曲率纠正因数

弹簧线圈应力为简单扭矩计算,计算值为一理论值。实际上,线圈应力由于曲率带来的附加弯曲应力而更大。因此,通过纠正系数(查看行[1.11])来纠正应力。

确定负载和长度的弹簧设计参数[5]

本章节可以用于计算确定工作条件弹簧参数(节[4]中设计)。节[5.1]是为了在给出作用力负载Fx而设计计算长度Lx。节[5.6]允许使用者找到作用力,该作用力为必须扩大给定长度Lx弹簧。

弹簧卡钩负载计算和强度检查. [6]

弹簧负载在固定挂钩处会产生应力集中,该应力会明显大于在弹簧线圈中计算的应力。因此推荐检查该弹簧的固定挂钩负载。本章节为此目的而设计。

可能性的应力集中值依据挂钩类别,设计和尺寸,同时通过理论计算非常困难。排除这些,至少近似计算用于提供一些方向信息。包含对于所选材料弹簧的任何可能超出极限强度的信息。

6.1 检查弹簧卡钩弯曲应力。

出现在挂钩弯曲处的弯曲应力值取决于弹簧挂钩半径 rb [6.2]。随着半径增加应力值增加,反之亦然。因此,就弯曲应力“小圈”是最佳方案(查看P1.3],类别I,J)。检查通过执行计算的固定挂钩处最大弯曲应力[6.3]和弹簧材料允许的弯曲应力[6.4]之间的比较而执行。超出允许应力的参数值将以红色显示。任何可能超出弹簧材料强度Rm将以整个区域为红色显示。

备注:双扭曲整圈设计D或E[1.3]不许啊哟检查弯曲应力。

6.5 弯曲过渡处的应力检查

对于拉伸弹簧,最高的应力集中出现在线圈和挂钩的过渡点。这些应力大小取决于过渡折弯半径 rs [6.6]。理论计算实际应力集中非常困难在某些情况下甚至不可能,理论应力点通常通过使用纠正系数来计算,纠正因数通过过渡折弯中心值和内径的比值而给出。总的来说,应力大小随着弯曲半径增加而减小,反之亦然。通常使用固定挂钩的最佳方案是使用“侧边整圈”(查看[1.3],类别C,E)此设计的线圈过渡最顺畅。

检查通过执行计算的过渡弯曲处最大弯曲应力[6.7]和弹簧材料允许的弯曲应力[6.4]之间的比较而执行。超出允许应力的参数值将以红色显示。任何可能超出弹簧材料强度Rms 将以整个区域为红色显示。

提示:如果固定挂钩不符合任何检查,修正半径[6.2,6.6]或使用一个更加适合的挂钩类别或更大尺寸的弹簧。

弹簧检查计算. [7]

本章节介绍第一个辅助计算。计算包括3个功能。

  1. 已知尺寸弹簧的参数计算
    输入完[7.2]中已知的工作循环参数和行[7.7, 7.9, 7.17, 7.18,7.21,7.24]中弹簧的尺寸,其他弹簧参数计算和强度检查自动执行。计算弹簧的数据可以通过行[7.29]的按键转移到结果章节[4],在章节[4]中一些其他弹簧参数被计算以及疲劳负载弹簧弹簧的强度检查可以被执行。同时,在行[7.9, 7.18,7.21, 7.24] 中的所有检查框必须被禁止。
  2. 弹簧设计修改及参数微调
    类似于其他两个辅助计算,可以使用该计算微调弹簧参数(例如,圆整弹簧尺寸),在章节[3]中使用设计计算。使用行 [7.1]中的按键可以将设计的弹簧参数转移到计算中。在修改过程中,任何可能超出弹簧参数推荐值的弹簧参数会以红色显示。 行[7.29]的按键可以将修改后的数据传回到结果章节 [4] 。推荐目视检查在结果章节中是否修改后的弹簧符合所有需要的检查,包含固定挂钩负载的可能检查[6]。在计算过程中行 [7.9, 7.18,7.21, 7.24] 所有检查框必须禁止
  3. 手动弹簧设计
    该计算允许有经验的用户对于给出的弹簧工作循环参数执行手动设计。设计弹簧时,推荐按以下流程:弹簧直径,弹簧线径,线圈数,弹簧长度 [7.7,7.9, 7.21, 7.24]。每输入一个参数,以下参数的推荐值开始自动计算。设计时,最好启动这些参数的检查框。程序将自动定义给出参数变更为更高的参量。 为了简化设计,弹簧直径和线圈数被全部汇集到下拉滚动输入框,从而加速这些参数的输入和变更。在设计过程中,任何可能超出弹簧参数推荐值的弹簧参数会以红色显示。 行[7.29]的按键可以将修改后的数据传回到结果章节 [4] ,一些其他弹簧参数计算和疲劳负载弹簧强度检查可以被执行。对于固定挂钩弹簧,推荐执行挂钩负载检查[6]。

7.15 卸载弹簧参数

自由弹簧设计决定它的参数[1.2]。

对于预压弹簧,预应力产生于弹簧制造过程中(缠绕)同时其值依据使用的钢丝,弹簧指数和缠绕方式。弹簧是封闭线圈;因此间距等于线径。如果预应力值对于给定弹簧未知(例如,制造商提供),可以使用自动设计。如果行[7.17]中的检查框启动,预应力将根据DIN 2089而自动计算。

对于无预应力弹簧,弹簧是松弛线圈。自由弹簧间距必须是在工作表“选项”行[3.5]中给出的极限之间。(弹簧通常设计在间距为0.2*D < t < 0.4*D)。如果行[7.17]中的检查框启动,间距将以弹簧极限尺寸的中心值而自动设计。

7.24 弹簧卡钩高度

弹簧卡钩的高度依据其类别和个别类型,推荐的极限被定义[1.3]。

弹簧作用力计算. [8]

本节的计算包含两功能。

  1. 已知负载,尺寸的弹簧参数计算
    在[8.2]中输入工作循环参数,行[8.7, 8.8, 8.11, 8.13] 中输入弹簧尺寸之后,作用力需要扩大至弹簧到目标长度同时弹簧在此负载下的强度检查自动执行。通过使用行[8.27]中的按键计算弹簧的数据可以输出到结果章节[4]中,一些弹簧的其他的参数被另外计算。
  2. 修改和微调使用设计计算
    类似于其他两个辅助计算,可以使用该计算微调弹簧参数(例如,圆整弹簧尺寸),在章节[3]中使用设计计算。使用行 [8.1]中的按键可以将设计的弹簧参数转移到计算中。在修改过程中,任何可能超出弹簧参数推荐值的弹簧参数会以红色显示。 行[9.22]的按键可以将修改后的数据传回到结果章节 [4] 。推荐目视检查结果章节中修正的弹簧是否符合所有必须检查,包括固定挂钩检查。[6]

8.13 弹簧卡钩高度。

弹簧卡钩的高度依据其类别和个别类型,推荐的极限被定义[1.3]。

8.16 卸载弹簧参数

卸载弹簧参数在其设计[1.2]中给出。

对于预压弹簧,预应力产生于弹簧制造过程中(缠绕)同时其值依据使用的钢丝,弹簧指数和缠绕方式。弹簧是封闭线圈;因此间距等于线径。如果预应力值对于给定弹簧未知(例如,制造商提供),可以使用自动设计。如果行[8.18]中的检查框启动,预应力将根据DIN 2089而自动计算。

对于无预应力弹簧,弹簧是松弛线圈。自由弹簧间距必须是在工作表“选项”行[3.5]中给出的极限之间。(弹簧通常设计在间距为0.2*D < t < 0.4*D)。如果行[8.18]中的检查框启动,间距将以弹簧极限尺寸的中心值而自动设计。

弹簧工作长度计算。 [9]

此节的计算包含两个功能。

  1. 给定负载的已知尺寸弹簧的参数计算。
    在[9.2]节行[9.6,9.7,9.10,9.12]中输入弹簧负载后弹簧其他参数和强度检查将自动执行。计算弹簧的数据可以通过点击行[9.27]的按键输出到结果章节[4]中,在结果章节中,弹簧的一些其他参数也被计算。
  2. 使用设计计算修正和微调弹簧参数。
    同其他两个辅助计算类似,可以使用计算微调弹簧参数(例如:弹簧尺寸圆整),在章节[3]中设计。设计弹簧数据可以通过行[9.1]中的按键输出。在修正过程中,你将被告知任何可能超出推荐值参数,此参数以红色显示。修正的数据可以通过行[9.27]中的按键转移回结果章节[4]。推荐在结果章节中目视检查是否修正弹簧符合所有必要检查,包括固定挂钩负载检查。

9.12 弹簧卡钩高度

弹簧卡钩的高度依据其类别和个别类型,推荐的极限被定义[1.3]。

9.14 卸载弹簧参数

卸载弹簧参数在其设计[1.2]中给出。

对于预压弹簧,预应力产生于弹簧制造过程中(缠绕)同时其值依据使用的钢丝,弹簧指数和缠绕方式。弹簧是封闭线圈;因此间距等于线径。如果预应力值对于给定弹簧未知(例如,制造商提供),可以使用自动设计。如果行[9.16]中的检查框启动,预应力将根据DIN 2089而自动计算。

对于无预应力弹簧,弹簧是松弛线圈。自由弹簧间距必须是在工作表“选项”行[3.5]中给出的极限之间。(弹簧通常设计在间距为0.2*D < t < 0.4*D)。如果行[9.16]中的检查框启动,间距将以弹簧极限尺寸的中心值而自动设计。

疲劳负载弹簧计算 [10]

疲劳负载拉伸弹簧的工作寿命以大于105 循环为目标,受固定挂钩形状影响很大。在工作线圈与挂钩过渡区域的额外应力明显增加同时此应力远远大于工作线圈应力。集中应力值取决于挂钩的种类,设计和尺寸。很难进行理论计算(有些情况设置不可能)。除此之外,线圈间距阻止完美的喷丸。出于这些原因,避免使用疲劳负载拉伸弹簧。如果必须使用疲劳负载拉伸弹簧,推荐不要使用固定挂钩结构而选择其他的弹簧固定方式(查看[1.3],类型M,N,O)

本节用于疲劳负载拉伸弹簧计算和强度检查。如果你仅仅希望检查设计的弹簧,使用章节[3]的设计计算,点击行[10.1]按键输出设计弹簧的数据到计算中。点击行[10.38]将结果数据输出到结果[4]中,一些其他的弹簧参数被另外计算。

节[3]中设计弹簧,以静态负载强度检查而被优化,可能不符合动态检查要求。如果也希望对疲劳负载弹簧使用自动设计[3],流程如下:

警告:这里计算仅是对工作线圈应力执行强度(疲劳)检查,并不计入在固定挂钩处任何可能的应力集中。

10.3 疲劳负载弹簧的工作负载模式

选择适合你输入数据的最佳负载模式

  1. 持续负载。
    无冲击持续负载,正弦曲线。
  2. 轻度冲击负载。
    不规律的轻度或中度负载,负载曲线明显不同于正弦曲线
  3. 重度冲击负载。
    不连续负载弹簧,承受重度冲击,弹簧承受不定期的长时间后的突然变形,弹簧在力释放后线圈有可能相互撞击。

10.4 弹簧目标工作寿命。

疲劳负载弹簧有两个区域应力是明显区分的。弹簧有限寿命以内的区域(低于107 工作循环)弹簧疲劳强度随着工作循环增加而减小。无限寿命区域(目标寿命大于107工作循环)材料的疲劳极限以及弹簧强度维持近似恒定。

 

10.5 目标安全等级。

安全等级给出弹簧扭矩 tc 疲劳强度与弹簧线圈实际最大工作应力 t8之间的最小允许比率。对于无腐蚀大气和工作温度接近80 °C,考虑到负载曲线和模式,推荐选择安全等级1.05 .. 1.25.为了决定安全等级,也必须为所选材料疲劳负载考虑适合性。对于适合疲劳负载的材料,推荐增加安全等级20%。工作在高温或腐蚀环境下的弹簧一定设计更高的安全等级。腐蚀对疲劳负载弹簧的工作寿命有显著效应。

备注:启动检查框后,根据负载曲线和模式,工作条件以及弹簧所选材料自动设计推荐的安全等级。

10.6 应力曲线纠正方法。

螺旋弹簧,给定负载弹簧线圈应力用于计算简单的扭矩。由于整圆出现额外的弯曲应力。因此,计算中使用纠正系数来纠正应力。有几个常用的纠正系数,从表格中选择符合你使用或标准推荐的纠正系数。

备注: 考虑到弹簧承载静态负载的强度检查,使用Bergstrasserr纠正系数给出最佳答案。

10.17 弹簧卡钩高度

弹簧卡钩的高度依据其类别和个别类型,推荐的极限被定义[1.3]。

10.19 卸载弹簧参数

卸载弹簧参数在其设计[1.2]中给出。

对于预压弹簧,预应力产生于弹簧制造过程中(缠绕)同时其值依据使用的钢丝,弹簧指数和缠绕方式。弹簧是封闭线圈;因此间距等于线径。如果预应力值对于给定弹簧未知(例如,制造商提供),可以使用自动设计。如果行[10.21]中的检查框启动,预应力将根据DIN 2089而自动计算。

对于无预应力弹簧,弹簧是松弛线圈。自由弹簧间距必须是在工作表“选项”行[3.5]中给出的极限之间。(弹簧通常设计在间距为0.2*D < t < 0.4*D)。如果行[10.21]中的检查框启动,间距将以弹簧极限尺寸的中心值而自动设计。

10.28 弹簧强度检查

弹簧的强度检查通过所选材料给定负载[10.36]的极限允许扭转应力和完全负载条件[10.31]下纠正的弹簧应力之间的比较而得。如果设计弹簧必须符合全范围的强度检查,安全等级的结果[10.37]必须大于或等于所需安全等级[10.5]。

10.36 额定负载下的最大疲劳强度

最大疲劳强度极限的定义是依据所选材料的疲劳极限以及使用 Smith疲劳图标而给出的弹簧负载曲线。

图形输出, CAD系统.

2D and 3D的图形输入选项信息和2D and 3D CAD系统的合作信息可以在文档中"图形输出,CAD 系统"找到。

设置,改变语言.

设置计算参数信息和设置语言可以在文档 "设置计算,改变语言"中找到。

补充-计算:

3.0 弹簧极限尺寸

设计弹簧时,不可能在没有确定尺寸极限下进行。一些各个弹簧的尺寸或比率受相关的标准推荐值或不同的生产者限定。 (例如 DIN 2097) 。这就需要制作一个临界条件档案,这些条件必须在弹簧计算中被考虑到。

因此,不同的推荐弹簧极限尺寸可能根据使用者的需求而在此章节修正试用。各个参数的最小值可以在第一列中输入。最大值在第二列。考虑到输入更多自由临界条件(减小最小或增大最大值),程序在较宽的适合方案中选择一个适合的方案。 这将提高找到更高质量的方案的机会。另一方面,这将带来被选供应商将不能制造弹簧的风险。

如果对于弹簧极限尺寸没有特殊的要求,预先去确定的设置能被使用。在输入区域按键[3.7]设置符合临界条件的常用弹簧的绝对值。

备注: 在计算本身,结果章节中任何超出极限尺寸将以红色参数显示。

3.1 弹簧引值

在此给出弹簧中心直径和线径的比率 D/d . 参照 DIN2097,允许的弹簧指数为 4 to 20。

3.2 最大外径。

根据DIN2097,最大为200mm,通常为大直径弹簧。

3.3 弹簧自由长度与弹簧线径的比值

无标准规范,通常1到15为常用弹簧。

3.4 最大弹簧自由长度

根据DIN2097,最大为1500mm。

3.5 自由状态下间距和弹簧线径比

无标准规范;正常生产无预应力,冷拉或热成形加强钢丝制造,通常0.2*D < t < 0.4*D。

备注:这个边界条件仅为无预压拉伸弹簧有意义[1.2]。对于预压弹簧,线圈互相临近,间距等于线径。

3.6 最小工作线圈数

根据DIN2097拉伸弹簧的最小线圈数为3。

工作表修正(计算).

如何修改和拓展计算工作表的常规信息在 "工作表(计算)修改"中提到。

辅助 - 计算:

弹簧计算过程中,不可以通过修改工作表而干预弹簧的设计计算。考虑到弹簧设计的复杂性,计算执行为工作表内部功能。