圆柱螺旋压缩弹簧是工业装备中应用范围很广的弹性元件,应用于阀门、冲压机构、减震装置、各类复位机构当中。在材料弹性工作区间内,弹簧的载荷与变形基本遵循胡克定律,但需要注意,螺旋弹簧受力时簧丝并不是简单的受拉受压,簧丝截面承受扭转应力,同时附带少量弯曲应力,这也是弹簧刚度计算公式以剪切模量作为核心参数的根本原因。
弹簧的整体刚度,由簧丝直径、弹簧中径、弹簧有效圈数以及材料剪切模量共同决定。簧丝越粗,弹簧中径越小,有效圈数越少,弹簧整体刚度就越高,产生同等变形所需要的载荷也就越大。在实际工程应用当中,理论计算公式有既定适用条件,只适用于弹簧没有并圈、应力处于材料许用范围的弹性阶段。
当外部载荷持续增大,弹簧簧圈互相贴合发生并圈之后,刚度会出现急剧上升,此时原有计算公式不再适用。如果载荷继续加大,工作剪切应力超过材料许用剪切应力,簧丝就会产生不可逆的塑性变形。卸载完成之后,弹簧自由长度会变短,无法回到原始尺寸,直接丧失原有设计性能。
在产品设计阶段,除计算刚度之外,须对簧丝大剪切应力开展校核。还要结合实际工况区分静载荷与交变载荷,交变工况下需要进1步降低许用应力水平。同时,要预留足够压并余量,避免设备运行过程中弹簧经常性压并,以此确保弹簧长期工作的稳定性。
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