· 压缩弹簧在被压缩时储存机械能,在去除负荷时释放机械能。虽然压缩弹簧一般由弹簧钢制成,但也可能含有碳、镁、镍、铬、锡、铜、钨和铝。 · 不同的材料为压缩弹簧创造了不同程度的弹性和能量储存能力。 · 罗伯特-胡克早在1676年就提出了一个公式来计算弹簧所施加的力,这个力与它的伸展度成正比。 压缩弹簧是专门设计用来感应轴向压缩载荷的机械装置。它们通常也可以伸展以及旋转到一个点。一般来说,压缩弹簧在受到压缩载荷时可以储存机械能。一旦载荷被移除,它们将恢复到原来的形状和大小--经历弹性变形。 这种独特的储存势能的能力,加上其相对简单和便宜,使压缩弹簧在非常广泛的应用中具有宝贵的价值。从机械键盘按钮、床垫和圆珠笔,到枪支和汽车悬挂减震器。自15世纪以来,我们一直在使用压缩弹簧,当时第一个压缩弹簧被用于钟表装置。 压缩弹簧的类型压缩弹簧可以有许多不同的几何形状。最常见的是线圈或螺旋形弹簧。这种形状比其他形状更受欢迎,因为它允许无缝的高压缩和膨胀到一个点。它也更轻,因为使用更少的材料来满足吸收压缩负荷的需要。最后,螺旋弹簧的形状使这种类型具有相对较大的弹簧常数(后面会详细介绍)。 这个类别又被进一步划分为小类,包括:
压缩弹簧的材料 压缩弹簧通常由弹簧钢制成,这是一类具有高屈服强度的钢。这使得它们可以在变形到极点的情况下仍然保持其原有的形状、尺寸和形态。因此,这些钢在受力时有很大的弹性变形空间。这是发生在分子水平上的事情,所以这些钢的成分对其弹性有很大影响。 一般来说,弹簧钢含有碳和锰,也可能含有镍、铬、钼、锡、钒、铜、铁、钨和铝。弹簧钢由ASTM官方根据其屈服强度和硬度进行分类,因此,不同的材料组成可以适用于不同的应用。例如,ASTM A228用于钢琴弦,含有0.7%-1%的碳和0.2%-0.6%的锰,其最大屈服强度为530兆帕,拉伸强度为400兆帕。 压缩弹簧的特性在本节中,我将重点介绍开卷螺旋弹簧,因为这些弹簧是最广泛使用的压缩弹簧。这些弹簧有一定的特性,对其性能有很大的意义。外径(D)是指从顶部看弹簧形成的圆柱体的直径。线圈直径是指弹簧线的厚度(d),也是圆柱形的。自由长度(L),是指没有受到任何压缩时的弹簧总长度,有效螺旋(na)和总螺旋(n)分别是储存和释放机械能的线圈数量和总线圈数(至少有两个是专门用于弹簧的末端/底座)。另一个重要的形态属性是旋转的方向,可以是左边或右边。 弹簧施加的力与它的伸展度成正比,这一定律是由罗伯特-胡克在1676年提出的,在第一个弹簧开始应用后的短短几年内。胡克向世界介绍了这个公式。"F = -kx",其中F是弹簧力,x是拉伸距离,k是弹簧常数,每个弹簧都不同,由制造商通过实验确定,或者由用户通过公式确定。"k = Gd4/[83dna]"。如前所述,桶形和锥形线圈是非线性弹簧,所以胡克定律对它们不适用。胡克定律不适用于已经变形或超出一般弹性极限的弹簧。 完全压缩的弹簧的力 为了计算出完全压缩弹簧的力,我们可以使用这个公式。Fmax = Ed4(L-nd)/[16(1+ν)(D-d)3n]。E是杨氏模量,d是钢丝直径,L是自由长度,n是有效螺旋线/线圈的数量,ν是泊松比,D是外径。很明显,其中一些是由设计者选择的钢材决定的,而其他的则是由弹簧的形式、形状和尺寸决定的。 设计考虑因素 当设计一个压缩弹簧时,首先要决定你要使用什么材料。然后从数据表中找到剪切模量(G)和抗拉强度(TS)。这两个因素对于确定应力的百分比非常重要,例如,在计算负荷要求时(100*σ/抗拉强度),计算出在诱发一定的负荷时弹簧被压缩的程度。 另一个重要的考虑因素是弹簧压缩到最大点时的直径。螺旋压缩弹簧在压缩时有增加直径的趋势。所以用公式 "膨胀={sq[(D-d)2+(p2-d2/π2)+d]-D}"来计算这个膨胀很重要。 弹簧的指数很重要,设计者试图保持在4到10的范围内。它的计算方法是 "C = (D-d/d)",它提供了一个很好的概念,即钢丝厚度与弹簧直径的比例。这将决定弹簧的整体强度(越小越强,但越大越容易被压缩)。 最后,线圈和有效线圈的数量是由弹簧末端的类型决定的。因此,如果两边都必须坐在一个基础平台上,总线圈必须比有效线圈多两个(每端一个)。现在,每英寸的线圈必须等于1/p,其中p是弹簧的选定间距,但你也可以反过来做。所以,知道了以英寸为单位的自由长度,我们就可以计算出线圈的数量为 "na = L/p"。 从事机械数控加工行业的一名工程师,有“文艺范”的一名工程男。 优秀签约供稿汇总 7.16 都在劝退?当代年轻机械从业者路在何方! 7.20 巴基斯坦班车爆炸,九名中国人死亡,竟是因为这个原因 7.24 新概念武器-未来战场的主宰者 7.26 藏在科技里的中国式浪漫 8.12 国内最牛的投资机构竟然是合肥市政府? 8.15 细数机械领域中的吃香行业 11.24 螺丝的类型,你知道几种 11.25 液压油选择指南,不会就看这里! 11.27 让人难以置信的希腊发明 11.28 工程领域的女性:如何选择合适的部门 11.29 止回阀 - 功能、类型和选择标准 11.30 直线轴承密封件:类型、选项和应用,你学会了么 12.1【好设计】车载式防爆球简介与设计 12.2 钣金折弯方法汇总,值得收藏学习 12.2 真空吸盘的应用,机械人必须了解的 12.3 钣金折弯设计技巧和K系数 12.4 机械设计中的12个一般注意事项 12.5 齿轮种类、齿轮材料、设计规格及用途 12.6轴承类型与介绍 12.7 什么是不锈钢?不锈钢的特性和应用 12.8 热成型及其用途 12.9 螺钉的锁紧和固定方法 12.10 常见的塑料制造工艺有哪些? 12.11 数控刀具:您需要知道的一切 12.12 这些铸造工艺类型,你都了解吗? 12.13 轴的定义,材料 , 类型 , 如何设计轴 12.14 液压密封件的定义、类型、功能及其应用 12.15 14种车床刀具及其用途(完整指南) 12.17 13种不同类型机械螺母的样式及其用途 12.18 五金零件的金属切削机床选择及制造工艺 12.19 链条传动和链条类型指南 12.20 如何解读应力应变曲线 12.21 您了解吗?12种类型法兰的功能和设计 12.22 热设计基础:材料和计算 12.23 什么是金属蚀刻和蚀刻工艺? 12.24 铝阳极氧化的工艺及应用 优秀公众号推荐,点下方关注 |
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