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小弹簧 大学问

2020年12月24日 11:34--浏览 · --点赞 · --评论
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(本文内容转载于zf装备前线 by 萝卜宝崽)

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。

客制化轴体中的弹簧一般都是压缩弹簧,承受轴向压力的螺旋弹簧,它所用的材料截面多为圆形。

有效圈数 & 端部结构

压缩弹簧的圈与圈之间有一定间隙,当受到外载荷是弹簧收缩变形,储存形变能量。除参加变形的有效圈数n外,为了使压缩弹簧工作时受力均匀,保证弹簧中心线垂直于端面,弹簧两端各有3/4~7/4圈并紧起支承作用,工作时不参与变形,故称为死圈或支承圈


弹簧预紧力

绝大多数轴体在行程未开始的时候(初始状态)弹簧已经处于一个压缩形变的状态,即弹簧在安装状态下就已经产生了载荷,也叫做弹簧预紧力

预紧力一般用于消除机械机构的异响、晃动;

对于轴体,弹簧预紧力能消除一定的弹簧杂音、维持轴心稳定。


弹簧的刚度

弹簧的刚度:载荷增量与变形增量之比,即产生单位变形所需的载荷,称为弹簧的刚度,刚度越大,则弹簧越硬


弹簧的刚度计算公式

其中,

c:弹簧的刚度;

F:弹簧所受的载荷;

λ:弹簧在受载荷F时所产生的变形量;

G:弹簧材料的切变模量(钢为80000MPa,青铜40000MPa,不锈钢72000MPa);

d:弹簧丝直径(线径);

D:弹簧直径(中心直径);

n:弹簧有效圈数;

C:弹簧的旋绕比(弹簧指数,C=D/d);


材料、直径、线径、有效圈数都会对弹簧的刚度产生影响。

线径约大、直径越小、有效圈数越少,弹簧刚度越大,即弹簧愈硬;反之愈软。(体现在按压&回弹的手感)


当然,设计的弹簧也应保持合理、具备实用性。例如,C值(旋绕比)愈小,弹簧内外侧的应力差愈悬殊,卷制愈难,材料利用率也就愈低,并且在工作时将引起较大的扭应力。

同时,弹簧的变形能与弹簧材料的切变模量G和弹性模量E成反比

因此,低的模量对于要求大的变形能有利;变形能的大小与最大工作应力的平方成正比,增大应力就意味着要求材料有高的弹性极限,高的弹性极限也对应着高的模量(应力起决定性作用)。


弹簧的特性线

载荷与变形之间的关系曲线称为弹簧的特性线,大致有三种:直线型 ,渐增型 ,渐减型;

  • 渐增型的弹簧,刚度随着载荷的增加而增大;

  • 渐减型的弹簧,刚度随着载荷的增加而减小;

  • 直线型的弹簧,刚度则不随载荷变化而变化,即F'=dF/dλ=F/λ=常数。因此,对于具有直线型特性线的弹簧,其刚度也为弹簧常数

这是sprit几种弹簧的压力曲线,Linear和SLOW均为直线型弹簧(线性弹簧),SLOW的预紧力(初始压力)要更大;而Complex和Progressive为渐增型弹簧(渐进型弹簧);

渐进型弹簧弹簧采用了粗细、疏密不一致的设计,在受压不大时可以通过弹性系数较低的部分吸收起伏。这种弹簧一般精确度较差。


线性弹簧从上至下的粗细、疏密不变,弹性系数为固定值。这种设计的弹簧可以获得线性的动态反馈。


除此之外,客制化轴体中还有采用了一端密一端疏的非对称弹簧也有采用两段式弹簧的,都可以看作是两个弹簧串联在一起;

两段式弹簧中间的死圈能起到一定程度的稳定作用。

当然,现实生活中弹簧的种类远远不止这些,我只是收集了一些跟客制化轴体相关的有用的信息分享给各位玩家爱好者。

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