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以下附件来自网络流传的PROE零件库(包括螺丝,法兰,齿轮等)中的压缩弹簧,经本人略作修改而成。未作严格测试,请斟酌下载。另,感谢原作者,虽然已经找不到为何人也。$ b- B# \4 I( a T, q
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压缩弹簧的应用非常的广泛。本文无意在弹簧的设计各方面都作深入的分析,而是结合proe中的参数化设计,谈谈弹簧设计时如何更快捷、简便。
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弹簧相关的资料的简单介绍,不清楚的请参阅专业书籍。
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1、几何尺寸3 u& ^) V) \. n5 U
d为钢丝的直径& e) l2 K5 B9 Z0 q5 O3 [& M) {
D2为弹簧的中径
2 b E; r& e$ N/ O- V9 P4 XD为弹簧的外径
! x/ M7 K7 q' |* v3 h9 {" SC:弹簧的旋绕比,其值为D2/d+ _$ k4 @6 o3 D8 u6 \
n为有效圈数9 F _# Y9 v8 t& X7 x% ]1 ^
n0有为总圈数,其值为n+2(3/4~5/4),我这part档里取值为n+2(对于小直径的冷卷簧)7 ~2 |0 {' f) q
λ为工作行程
1 ]: x$ E, C8 e1 {% rt为弹簧节距,其值为d+λ/n+0.1d
# e: V2 w! S! ?; Bδ为钢丝间距,值为t-d1 N6 h! o- A1 h/ P5 ^: f
H0为弹簧的自由长度,值为nδ+( n0-0.5)d,我这取两端并紧磨平( T+ ]: @! @+ ]4 {& q
ɑ为螺旋角,值为arctan(t/πD2)- j( `4 D1 E7 |' n, T9 ?% ?) {
L钢丝的总长,为(πD2 n0)/cosɑ,我这只取压缩弹簧7 P0 N" S; @+ k
% B3 Z7 D; h& i1 v+ J' c G2、强度计算
3 T0 _( u/ k1 V Z$ s% Z8 N ~切应力τ=K8F D2/πd3
, T% q$ H/ w2 Z$ h! AK=0.615/C+(4C-1)/(4C-4),于是,用此切应力对比与材料的屈服极限即可验证静强度。关于疲劳强度的验算,请参看书籍,不赘述。0 g* U0 j' U4 J3 N" F4 m `
工作行程λ可以这样求:8nFC3/Gd,其中G为切变模量。根据这个公式,我们可得出压缩量与F(弹力)、钢丝直径、旋绕比、有效圈数等的关系。
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/ C. R# }4 q& c" A* a8 \3、我的part的使用说明。1 {1 N; e1 H8 T5 }3 _
A, 点“再生”重新生成PART. }* Z8 \; K3 }2 V/ U' U" v
B, 会出现提示,输入,钢丝直径,外径,工作行程,长度(非材料长度)。为什么要这样设定?我是基于这样的考虑,从上面的知识和公式,我们可以知道,丝径与旋绕比与压缩量与总长与有效圈数都是很有关系的。但我们在实践中,一般就只要知道,压缩量与总长,丝径与外径就大致了解一个弹簧是什么样了。根据实际,一般我们要估计丝径与外径(请按公式或参看其他资料),然后呢,要根据自己的弹簧应用的场合的力学需要,来选压缩量和长度,当然也可自己先估计压缩与总长,再反推出力的大小。总之,弹簧相关的参数是互相依存的,我在这里把有效圈数不作为输入,但是在信息下拉菜单里可以自己调出,作为参考。F以及τ亦作如此处理。这样,大家,输入参数后,生成的part里可以验算出你的设计是否合适,如不行,可再改,直到OK。
* {6 n2 A* A2 @' y4 eC, 举例,默认的状态下钢丝0.5,外径6,压缩5,总长9mm,模量80000Mpa,在proe的“信息”下拉菜单里点击“关系和参数”可看到如下些参数
) J9 N) `! [: U有效圈数 5.909091e+00 $ B0 I0 n3 m& ^: f R
弹力 3.178640e+00 $ ?' Z, C& A( Q: y/ Z
切应力 4.027747e+02
8 b [1 S+ _- }6 Z* Y& B4 Z通过与材料的屈服极限可验证静强度。 : w& P9 ?- i7 l4 W* G
2 W& D0 @0 Y- [% M' z1 _ ]) o Z
$ u! g7 E7 Y( \* f2 g' M5 l& F8 F6 s# k' |$ @; S0 x
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# h- M) U2 N4 u. B4 e$ D: e4 y
& a) h, T; c5 x q8 i W' Z4 c2 J; f. b" Q" @
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