弹簧设计计算软件

弹簧材料及许用应力表11-1-2类别序号材料牌号弹簧许用切应力许用弯曲应力剪切弹性模量弹性模量推荐硬度推荐使用特性及用途[τp],Mpa[σBP],Mpa范围温度Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅱ类Ⅲ类G,GpaE，GpaHRC℃钢丝1碳素弹簧钢丝B、C、D级2特殊用途弹簧钢丝甲、乙、丙365Mn460Si2Mn78.5197560Si2MnA660Si2CrA770Si3MnA865Si2MnWA560745931931116747~5240~250960Si2CrA1050CrA1130W4CrVA不锈钢丝121Cr18Ni932443254054067771.5193-250~300131Cr18Ni9Ti142Cr18Ni9154Cr1344258873573592075.521548~5340~30016Cr17Ni7Al47162778578598173.5183-30017Cr15Ni7MoAl18Ni36CrTiAl44258873573592075.5197-40~25019Ni42CrTi41255068768786265.6186-60~10020Co40CrNiMo500666834834100076.519740~400安全阀参数必要输入项调整输入项可选输入项一、单位换数说明：PSI--磅/平方英寸(压差),lb--磅,in2--平方英寸,m2--平方米，cm2--平方厘米1m2=10000cm2=1550in2,1kgf=2.2046lb1PSI=0.070308kgf/cm2=0.006895Mpa1kgf/cm2=0.098067Mpa=0.098067N/mm2=14.223133PSI二、油泵额定参数：工作油压：3.17kgf/cm2=0.310871Mpa=0.310871N/mm2=45.08733PSI最大油压下限：4.9kgf/cm2=0.480526Mpa=0.480526N/mm2=69.693349PSI最大油压上限：5.6kgf/cm2=0.549172Mpa=0.549172N/mm2=79.649542PSI释放油压下限(最小负荷P1)：7.9kgf/cm2=0.774725Mpa=0.774725N/mm2=112.362747PSI释放油压上限(最大负荷Pn)：8.3kgf/cm2=0.813952Mpa=0.813952N/mm2=118.052PSI三、安全阀几何参数：安全阀入油口直径：2.5mm，阀口截面积=4.906mm2安全阀弹簧安装入阀腔内的安装高度：8mm(即为：最小工作负荷P1下的高度H1=H0-F1)安全阀弹簧工作时，开口量(压缩长度)：0.5mm(即为：最大工作负荷Pn下的高度Hn=H0-F1)四、受力：1.安全阀安装在泵头位置时:安全阀弹簧安装入阀腔内，在安装长度下所受开启载荷：3.8N(即为：最小工作负荷P1)安全阀弹簧安装入阀腔内，在开口量下所受工作载荷：4N(即为：最大工作负荷Pn)2.1.安全阀安装在后部泵盖位置时:（P-20与流道压比量：0.844、=4/5油泵释放油压下的所受载荷）安全阀弹簧安装入阀腔内，在安装长度下所受开启载荷(=0.844油泵释放油压下的所受载荷):3.2N(即为：最小工作负荷P1)安全阀弹簧安装入阀腔内，在安装长度下所受工作载荷：3.4N(即为：最大工作负荷Pn)2.2.安全阀安装在后部泵盖位置时:（P-42与流道压比量：0.855、=4/5油泵释放油压下的所受载荷）安全阀弹簧安装入阀腔内，在安装长度下所受开启载荷(=0.855油泵释放油压下的所受载荷):3.2N(即为：最小工作负荷P1)安全阀弹簧安装入阀腔内，在安装长度下所受工作载荷：3.4N(即为：最大工作负荷Pn)2.3.安全阀安装在后部泵盖位置时:（P-09与流道压比量：0.946、=4/5油泵释放油压下的所受载荷）安全阀弹簧安装入阀腔内，在安装长度下所受开启载荷(=0.946油泵释放油压下的所受载荷):3.6N(即为：最小工作负荷P1)安全阀弹簧安装入阀腔内，在安装长度下所受工作载荷：3.8N(即为：最大工作负荷Pn)圆柱螺旋压缩弹簧计算一、工作参数：最大工作负荷Pn=4N最小工作负荷P1=3.8N弹簧在阀腔内安装高度h=8.6mm由最小工作负荷P1到最大工作负荷Pn时，可调的工作行程h=0.3mm说明：工作行程h即是安全阀打开区间F1--Fn之间的行程。F1--Fn为安全阀打开的最小力与最大力。二、选材：不锈钢：Ni42CrTi计算时按Ⅱ类弹簧考虑。查表11-1-2,得：[τp]=412Mpa=412N/mm2G=61Gpa=61000N/mm2*通过P-13安全阀弹簧实际测量计算，G调整取：61，理论值为：65.6三、查表6-1,初选旋绕比C=6曲度系数K=(4*C-1)/(4*C-4)+(0.615/C)=1.25四、计算簧丝直径：d≥1.6*(((Pn*K*C)/[τp])^(1/2))=0.432mm调整取d=0.4mm五、中径：内径=2.6mm外径=3.4mmD2=C*d=2.4mm调整取D2=3mm六、工作圈数：初算最大工作负荷下的变形Fn'=Pn/P''=6mm初算n'=(G*d^4*Fn')/(8*Pn*D2^3)=10.8圈调整取n=10.5mm推荐n≥(3~4圈)七、有关几何参数：初算节距t=d+(Fn/n)=1mm，一般取t=(D/3~D/2)调整取t=1.23mm*****端部并紧不磨平，取支承圈n2=1圈即为了使弹簧受力后变形均匀,弹簧两端尖端处最好错位180度,推荐n0以0.5为尾数.总圈数n1=n+2*n2=12.5圈自由高度H0=n*t+3*d=14.1mm并紧高度Hb=(n+3)*d=5.4mm螺旋角α=arctag(t/(3.14*D2))=0.13弧度=7.45度，推荐a=(6~9度)展开长度L=l*n1=(((3.14*D2)^2+t^2)^(1/2))*n1=118.7mm八、验算稳定性：高径比b=H0/D2=4.7<5.3故稳定（两端固定）。九、校核最大工作负荷Pn下的变形量：初算并紧载荷Pb′=Pn/0.8=5N，工作极限负荷(并紧时)Pj=6N，与Pb'接近，符合要求。初算并紧变形量λb′=Fn/0.8=7.5mm工作极限负荷Pj下(并紧时)的变形量λb=n*(t-d)=8.715mm，与初算并紧变形量λb′按近，符合要求。最大工作负荷Pn下的变形量λ=Fn=Pn/P′=5.8mm，由原始输入安装高度计算出λ=5.5mm弹簧校核一、校核最大工作负荷Pn:(取Ⅱ类)Pn'=((3.14*d^3)/(8*K*D2))*[τp]=2.76N>Pn，基本满足要求。二、材料工作极限负荷Pj:Pj'=((3.14*d^3)/(8*K*D2))*τs=3.45N>>Pn，基本满足要求。三、弹簧刚度：弹簧要求刚度P′′=(Pn-P1)/h=0.6666666667N/mm弹簧理论刚度P′=((G*d^4)/(8*D2^3*n))=0.69N/mmP′>=P′′与要求刚度接近，符合要求。四、校核计算工作极限和压并应力：τj=τb=K*((8*Pb*D2)/(3.14*(d^3)))=895.7N/mm2按Ⅱ类弹簧考虑时，τs<=1.25*[τp]Ⅱ=515N/mm2，所以τj<=τs值基本满足要求。弹簧工作图数据工作极限负荷Pj下(并紧时)的变形Fj=H0-Hb=8.7mm弹簧刚度P′=0.69N/mm最大工作负荷Pn下的变形Fn=Pn/P′=5.8mm最小工作负荷P1下的变形F1=P1/P′=5.51mm工作极限负荷Pj下(并紧时)的高度Hj=H0-Fj=5.4mm工作极限负荷(并紧时)Pj=Fj*P'=6N最大工作负荷Pn下的高度Hn=H0-Fn=8.3mm最大工作负荷Pn=4N最小工作负荷P1下的高度H1=H0-F1=8.6mm最小工作负荷P1=3.8N调整以上各可调参数使之相同，校核H1=8.6mm校核工作行程h'=Hn-H1=0.3mm工作行程h=0.3mm展开长度L=118.7mm总圈数n1=12.5圈端部并紧不磨平有效圈数n=10.5圈簧丝直径d=0.4mm弹簧中径D2=3mm节距t=1.23mm自由高度H0=14.1mmmmN9.318.621.57.8427.192.56.635.983.55.4945.094.54.715P-13实际用安全阀弹簧：实测P-13安全阀打开数据：实测3只弹簧：压8.6为：3.8/3.66/3.80.730.740.860.74要求：压8.6为3.6-3.8N0.780.80.760.82总圈数n1=12.5圈0.80.720.7有效圈数n=10.5圈0.820.80.78簧丝直径d=0.4mm0.780.780.8弹簧中径D2=3mm0.750.770.8节距t=1.23mm0.80.80.78自由高度H0=14.1mm0.840.80.80.80.80.8圆锥形螺旋弹簧计算原始条件弹簧类型：等节距圆锥弹簧弹簧丝直径d=6mm大圈半径R2=30mm小圈半径R1=20mm节距t=11.5mm接触前弹簧刚度P'=24.5N/mm支承圈数：ns1=1圈ns2=1圈一、选材：不锈钢：1Cr18Ni9Ti计算时按Ⅲ类弹簧考虑。查表11-1-2,得：[τp]=661.5Mpa=661.5N/mm2G=78.5Gpa=78500N/mm2τj=1.12*[τp]Ⅲ=740.9Mpa查表6-1,初选旋绕比C=10曲度系数K=(4*C-1)/(4*C-4)+(0.615/C)=1.14二、参数计算序号项目单位数据公式备注1有效圈数n圈4n=(G*d^4)/(16*P'*(R2^2+R1^2)*(R2+R1))2压并时圈间中心高度d'mm5.45d'=d*(1-((R2-R1)/n*d)^2)^(1/2)3弹簧圈开始接触时的负荷PZN356.2PZ=((G*d^4)/(64*R2^3))*(t-d')因R2-R1=10Mn合理18最大工作扭矩下单圈扭转角Ψn（°）8.372Ψn=Ψ'*Mn19工作极限扭矩下单圈扭转角Ψj（°）11.025Ψj=Ψ'*Mj20在1N.mm扭矩作用下单圈扭转角Ψ'（°）0.014Ψ'=(3667*D)/(E*d^4)=Ψn/Mn21弹簧单圈展开长度lmm37.68l=((π*D)^2*t^2)^(1/2)≈π*D22有效圈数n调整取圈8n=(E*d^4*φn)/(3667*Mn*D)=φn/Ψn=823工作极限扭矩MjN.mm787.5Mj=(d^3*[σBP])/(10*K)24最小工作扭矩M1N.mm295M1=φ1/(Ψ'*n)25工作极限扭矩下扭转角φj（°）88φj=Ψ'*n*Mj26最小工作扭矩下扭转角φ1（°）33φ1=φn-φ=Ψ'*n*M127间隙δ取(0.3~0.5)mm0.428节距tmm2.4t=d+δ29自由长度H0mm21.2H0=n*t+钩环轴向尺寸30螺旋角a（°）3.65a=arctg(t/(π*D))31展开长度Lmm316.44L=n*l+钩环展开尺寸