关于弹簧的一个公式

ppvv44

，机械设计最开始是矛盾的，因为公式里面很多数据其实是未知的，这些准确数据要设计结束后才知道的，一般情况都是预设置一个比较合理的数值。这个预设值数值有图表法和经验法，图表法就是经过总结了一些经验，对一些比较容易知道的参数来确定这些未知参数。经验法就靠自己了。一般都会计算后从新修正上面的数据，因为经常发生计算出来之后，前面预设值的数据是不合理的。如果你说的8公斤的压力阀那种，这是一种比较简单的方法，首先一般传统弹簧计算模式要先给出几个数值作为先决条件，是弹簧的工作力和工作时候的长度，一般复杂的会有几个点上的工作力和工作长度，有些时候也不一定要知道弹簧的实际长度，只要知道几个点需要的力和着几个点的长度变化就可以计算合适弹簧，一般经过这个给出的工作里和长度变化的来确定刚度的数值，然后通过预订刚度确定弹簧的规格，然后还要计算一下弹簧的寿命问题，另外要求高的可能还要复核一些其他内容，比如抗震性和轴向刚度不足造成的失稳问题（细长的压缩簧经常发生失稳）
拿你这个8公斤的来说，8公斤封闭，8公斤以上就开启，实际上，很难做到发生超过8公斤一点点的时候就会发生完全开启的事情（理论上可以做到某些开槽的蝶形弹簧可以有这种特性，但一般弹簧的刚度都是正的，也就是变形量越大，输出力就会越大，不会发生变形量一直变化而输出力不变化。），一般是8公斤开始开启，但是开启量很小，属于基本封闭，压力继续上升，开启量逐渐加大，直到泄气量导致内部压力不再加大。设计过程，首先要根据你这个8公斤，设计初期可以不考虑圈数影响（一圈弹簧和N圈弹簧最终的最大输出力是一样大的。圈数影响的是最终弹簧的允许变形量。），可以直接根据允许最大输出力（比8公斤大）可以选出一个合适的线径和中径来（这个简单计算法是有数据表可以直接选取）。也可以先和你要预先给一个弹簧压缩的数值出来，然后推出一个预设定的刚度来，根据这个刚度然后选取线径和中径（仍然利用同一个计算数据表）。最终弹簧的长度和压缩量实际最后都是靠确定了中径和线径，圈数后的自己调整结构上的结果。
单位我在一楼和二楼上每个参数解释都带有参数的单位。，机械行业，长度单位永远默认是毫米。一般情况，其他是用国际标准单位的（kg,S,N,rad等等），但是因为长度是毫米为单位，那么压强单位一般公式一般是用Mpa(N作用在1平方毫米面积上的压强就是1Mpa)为单位。转速是转每分而不是弧度每秒

snipers

抱歉,是我描述得不够清楚,见量!
如我举例里的安全阀,最小的牙是1分(直径约9MM),那其内部容纳弹簧的孔最大只能钻7MM,考虑到弹簧收缩时的型变和装配方便,弹簧的最大外直经应该是6.5MM,总高度是20MM.安全阀是要求在8KG卸压.即需要弹簧在轻微压缩装态下达到8KG的出力.
因为很多时候是知道容纳弹簧的空间的大小和希望产生的弹力,但不知道如何选择适合线径和圈数的弹簧.
至于您所指的计算值与实际值的差异问题,我到觉得没问题,因为计算值是前期的参考而已,有个购买的目标先,最后还是要实际实验来微调的,但最起码有个参考的依据.如我预期的是8KG,通过计算知道是A规格的,但经过实际装配知道,原来A偏小,那可根据公式有目标的选择增大某个参数来达到预期的目标.比完全没有目标,买一堆回来慢慢试要好很多.

所以我是想了解下,有无描述已知部分参数,求其轻微受压下的弹力(即弹簧的最小弹力)和受挤压后的弹力,如压缩总高度的20%,50%下弹力的公式?以便有时候有个参考,谢谢!

ppvv44

你说的这种模式，其实我个人更倾向的是8公斤压力是大压缩量的时候，而不是小压缩量，因为你的主要目的是为了保证大致在8公斤压力的时候保证可以开启阀门降压。我们可以知道，当阀门开启的越大，则降压的效果是越大的。而开启的越大，则弹簧的输出力是越大的，而增加的幅度，弹簧预压缩大比预压缩小的模式更优优点，我们偏激一点的举例说明下，一个弹簧刚度是80N/mm,而一个弹簧刚度是8N/mm，那么前面弹簧只预压缩了1mm,而后面弹簧要预压缩10mm,在需要开启阀门的时候，假设压力下降和开启幅度是正比的，我们预设定一个值，比如说里面气压是1mpa下，弹簧输出力是8公斤，而压强每增加0.1mpa,阀门需要多开启1mm才能保证压力下降速度。那么同样突然压力由1mpa变成1.5mpa，对弹簧的力也就是突然由8公斤变成了12公斤，那么弹簧变形量，前面80N/mm的弹簧会里面被压缩1.5毫米，而8N/mm的弹簧就会里面要压缩到15毫米，这个阀门开启量一个才0.5mm.一个开启量却是5毫米，明显后者的开启量要比前者大，从而泄压的速度也快
其实定性分析来说，你这种工况下，不考虑其他因素下。其实弹簧的刚度越小越好，因为这样当气压变化一样的时候，弹簧的压缩量就会变得越大，从而泄压速度越快，越能保证预订压力的恒定的敏感性。并且开启的幅度并不需要很大的话，最后还是弹簧预压缩量越大越好。
最后，来给你解决实际问题，你有了一个外径限制，需要控制在6.5毫米以下，输出力预设定是80N，其实弹簧计算有一个很好的表，见附件，很明显可以看到在外径要求6.5毫米范围内，表中是没有一个合适的对象可以选择，但是你仔细看下表，你就发现当一个弹簧线径已经确定下，中径越小，它的最大输出力其实是越大的，但是同时它的允许压缩量是越小的。，我们从1.2线径，6中径的地方可以明显看出它的最大输出力是82N。不够，我们通过缩小中径来加大刚度，1.2线径，5.5中径，这样最大直径大约是6.7毫米，勉强是合适的，我们算下这个弹簧的刚度，是多少，计算出的单圈刚度是115.3N/mm
,因为表了没有这个选项，所以我们要自己计算下弹簧寿命允许下最大变形量和最大输出力是多少，这个主要通过计算弹簧内部的切应力来计算的，弹簧切应力值是τ=8kDp/π（d立方）
里面需要变形下最大负载pmax=τmax*π*（d立方）/8kD
里面k是一个系数，k=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C,
C又是另外一个系数，C是D/d，5.5/1.2,
结果k约等于1.43
tmax,最大剪应力，表中已经有了许用剪应力是955Mpa，
π，圆周率 3.1416
d线径
D中径
计算出的Pmax=82.4N,非常的不幸，比原来的增加幅度可以忽略，单圈允许变形量是82.4/115.3=0.715mm
上面一个很悲剧的事情就是你发现计算过程可能白费了，因为没有多大改善，继续调整就不进行了，我们就按这个数值继续计算吧
8公斤，算78.4N吧，整体弹簧安装高度可以有是20毫米，好说，1.2线径，，我们算用10圈有效圈数，整个弹簧就是刚度就是11.53N/mm,弹簧预压缩量是6.8mm,因为单圈允许变形量的问题，我们设定为每圈允许变形为0.7mm吧，弹簧自由高度就是用10*1.9+1.2=20.2，这个是有效圈数的高度，另外如果加上0.5d的支撑圈数圆整下就是21mm,弹簧孔深度21-6.8=14.2高度就可以了。因为这个最大允许输出力和工作值太接近，所以实际这个设计是一个失败的设计，如果需要真的用，就要调整，继续设计。
最后，这个表实际算的是三类弹簧，也是要求比较低的，如果是高要求的弹簧类型，那么这个表的数值都要缩水，如果用公式计算的话，就是许用切应力955Mpa这个数值要缩水。

robin_bird

请问下扭簧的计算公式.....