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圆柱扭转螺旋弹簧的典型工作图审核方法

时间:2013-04-15 22:33来源:弹簧网 作者:www.zhaotanhuang.com 点击:
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[导读] 根据扭转螺旋弹簧的结构特点和工作要求,其工作图审核包括如下内容: 1.图面审核 扭转弹簧工作图的图面审核,主要包括两方面的要求:一是检查图纸对扭臂形状与尺寸的表示是否

  根据扭转螺旋弹簧的结构特点和工作要求,其工作图审核包括如下内容:
  
  1.图面审核
  
  扭转弹簧工作图的图面审核,主要包括两方面的要求:一是检查图纸对扭臂形状与尺寸的表示是否完备,即必要的投影图是否完全;二是扭簧的结构与制造工艺是否相矛盾。前者较为简单,一般只要有平行于弹簧轴线和垂直于弹簧轴线平面上的两个投影就能表示清楚。后者则要求对扭簧的制造过程比较熟悉。
  
  例如,图4-9a所示的双臂扭簧,外臂连在一起,左右各10圈,一个左旋,一个右旋,并且要求用矩形截面钢丝制造。这种设计,不但合适的矩形截面材料难于供应,其制造也是相当困难的。遇到这种情况,审图员须与用户协商,改变扭簧的结构、采用通用的圆截面钢丝,但同时要满足相应的要求。图4-9b是合理的设计:左右各5圈、采用圆截面钢丝、让内扭臂连接,这种改进的设计不但可满足用户的需要,而且大幅度地降低了成本。
  
  另外,还应注意扭转弹簧的旋向是否明确,因为弹簧的旋向必须与扭矩的方向相一致,使弹簧工作时旋紧。
  
  2.几何参数的审核
  
  扭转弹簧受到载荷作用时,弹簧的直径将缩小,圈数将增加。直径的缩小量ΔD为:式中α-弹簧的扭转角。
圆柱扭转螺旋弹簧的典型工作图审核方法
  
  为了避免弹簧与芯轴发生抱紧现象,扭转弹簧的芯轴必须比最大工作扭矩作用下的弹簧内径小10%。这一点,在审图时不可忽视。
  
  对于有间隙的扭簧,设间隙的目的就是为了消除圈与圈之间的摩擦力,间隙系数σ1.太小达不到这个目的,一般可按材料直径d选取(表4-4)。
  
  很多扭簧的制造过程,往往是定尺下料。因此,审图时,一般都应复核一下弹簧材料的长度L。
圆柱扭转螺旋弹簧的典型工作图审核方法
  
  另外,应该注意扭臂部分各过渡圆弧的半径是否标出(这一点往往是设计人员易忽视的),且最小圆弧半径不应小于2倍的材料直径,以避免过大的应力集中。
  
  3.物理参数的审核
  
  扭簧除端部结构外,其外形基本上与拉伸弹簧一样,但是,由于扭簧承受扭矩的作用,弹簧材料的工作应力为弯曲应力,故其刚度,载荷和变形的计算都与拉伸(或压缩)弹簧不同。
  
  校核扭簧物理参数的主要公式为:
圆柱扭转螺旋弹簧的典型工作图审核方法
  
  式中E-弹簧材料的拉伸弹性模量;
  
  d-弹簧材料直径;
  
  D2-弹簧中径;
  
  n-弹簧的有效圈数;
  
  K1-扭簧的曲度系数,按下式计算或作成图4-10的曲线,计算时直接从图中取值。
圆柱扭转螺旋弹簧的典型工作图审核方法
  
  式中c-弹簧旋绕比(弹簧指数)。
  
  拉伸弹性模量E的取值,对刚度、扭转角及扭矩的影响很大,选取时根据不同的材料和工作温度,参照前文介绍的原则选取适当的数值。
圆柱扭转螺旋弹簧的典型工作图审核方法
  
  扭簧的许用应力一般按表3-7选取。对于在准静载下工作的扭簧,通过强扭处理,使钢丝表层形成残余应力。由于加载的方向是使弹簧缠紧的方向,那么残余应力正好与加载所产生应力的方向相反,它可抵消一部分外加载荷所产生的应力,故设计工作应力可以提高。Ⅱ、Ⅲ类载荷扭簧的工作极限弯曲应力一般为:σj=0.625σb(Ⅱ类载荷),σj=0.8σb(Ⅲ类载荷)。
  
  采用有弯曲半径的扭臂时,由于弯曲处存在应力集中,特别是弯曲半径较小时,应力集中程度更为厉害,甚至导致早期断裂。因此,审圈时,重新计算一下弯曲处的应力是很有必要的。设弯曲处的最大应力为σ最大,

圆柱扭转螺旋弹簧的典型工作图审核方法  
  则式中ro-材料中心线的弯曲半径;r2-材料的内侧弯曲半径。
  
  再者,扭簧的总变形量为弹簧本体与扭臂变形量的总和。扭臂变形量的大小,视扭臂型式和载荷大小而定。对于精度较低的扭簧可以忽略扭臂的变形,但对于精度要求比较高时,就应注意扭臂变形对扭簧总变形的影响。
  
  另外,审图时要注意工作扭矩的范围和失稳载荷的校核。
  
  一般,为了使扭簧在工作时具有稳定的刚度和性能,弹簧的工作扭矩应在极限扭矩M.(即使弯曲应力达到屈服强度σj的扭矩)的0.1~0.9的范围内。
  
  所谓失稳,是指扭簧加载时,由于扭簧的初曲率、圈与圈间的不同轴度及其它因素,造成扭簧轴线弯曲的现象。扭簧失稳后,其特性就会发生变化。为使扭簧在工作时不产生失稳、其最大扭转角不得大于允许值α允。
圆柱扭转螺旋弹簧的典型工作图审核方法  
  式中n-扭簧自由状态时的圈数。
  
  如果扭簧在最大工作扭矩时的最大扭转角大于α允,则应建议用户使用导杆,导杆的直径可按最大扭矩作用时内径的90%来选取。
  
  4.技术条件的审核
  
  扭簧的技术条件审核较为简单,主要注意以下几点:
  
  1)扭簧各参数的公差应参照GB1239-76或其它有关标准选取。
  
  2)精度要求较高的扭簧,回火温度不可太高。例如,一批扭簧,两臂问的角度公差较小,但图纸要求260℃回火1h,回火后超差较多,如果修正为149℃回火30min.则问题迎刃而解了。
  
  3)需经电镀处理的扭簧,其扭臂弯曲处的曲率半径应尽可能大些,防止产生氢脆。
 

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