彈簧的特性線和剛度
發(fā)布時(shí)間:2020-04-02 14:45:45來(lái)源:
彈簧的特性線大致有三種類型:
①直線型;②漸增型;③漸減型。
有些彈簧的特性線可以是以上兩種或三種類型的組合,稱為組合型特性線。如截錐渦卷彈簧的特性線加載起始一段為直線型,變形達(dá)到一定程度后特性線便成為漸增型。碟形彈簧的特性線,起始為漸減型,后為漸增型,整個(gè)特性線呈S形。又如環(huán)形彈簧的特性線,加載時(shí)為直線型,而卸載時(shí)則為漸增型。采用組合彈簧也可以得到組合的特性線,所示為兩個(gè)不同高度的并列組合螺旋彈簧的特性線。加載開(kāi)始只有一個(gè)彈簧承受載荷,所以特性線只是受載荷那個(gè)彈簧的特性線。當(dāng)受載彈簧在載荷作用下變形到一定程度,另一個(gè)彈簧也開(kāi)始承受載荷,這時(shí)特性線開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)彈簧受載的特性線,因而其斜率發(fā)生了變化。
載荷增量dF(或dT)與變形增量df(或d4)之比,即產(chǎn)生單位變形所需的載荷,稱為彈簧的剛度,對(duì)于壓縮和拉伸彈簧的剛度為:彈簧的剛度=載荷增量/變形增量。對(duì)于扭轉(zhuǎn)彈簧來(lái)說(shuō)剛度為:扭轉(zhuǎn)剛度=載荷增量/變形增量
特性線為漸增型的彈簧,剛度隨著載荷的增加而增大;而漸減型的彈黃,剛度隨著載荷的增加而減小。至于直線型的彈簧,剛度則不隨載荷變化而變化,即:
彈簧的剛度=載荷增量/變形增量=彈簧載荷/彈簧變形量=常數(shù)
扭轉(zhuǎn)剛度=載荷增量/變形增量=扭矩/扭轉(zhuǎn)變形角=常數(shù)
因此,對(duì)于具有直線型特性線的彈簧,其剛度也稱為彈簧常數(shù)。單位力度使彈簧所產(chǎn)生的變形,即剛度的倒數(shù)稱為彈簧的柔度。
彈簧的特性線對(duì)于設(shè)計(jì)和選擇彈簧的類型起指導(dǎo)性的作用。截錐渦卷彈簧特性線上可以看到,當(dāng)載荷達(dá)到一定程度時(shí),彈簧的剛度急劇增加。由于這種特性,當(dāng)彈簧受到過(guò)大載荷時(shí),彈簧的變形增加的比較小,從而可以起到保護(hù)彈簧的作用。所以,具有這種特性線的彈簧適用于空間小、載荷大的情況。如空氣彈簧帶有高度控制閥,則其特性線為S形,這是車輛懸架裝置的理想狀態(tài)。因?yàn)檫@種曲線的中間區(qū)段的剛度比較低,而在拉伸和壓縮行程的末了區(qū)段剛度逐漸增加。這樣,可以保證車輛在正常運(yùn)行時(shí)很柔軟,而在通過(guò)坎坷的路面,空氣彈簧被大幅度拉伸和壓縮時(shí),逐漸變硬,從而能限制車體的振幅。環(huán)形壓縮彈簧或板彈簧的特性線,表明在加載與卸載過(guò)程中彈簧消耗了一部分摩擦功,或者說(shuō)吸收了一部分能量。因此,具有這類特性線的彈簧,適用于減振和緩沖。
設(shè)計(jì)彈簧時(shí),可用分析的方法計(jì)算出它們的特性線。但即使是最精確和最仔細(xì)的計(jì)算,其結(jié)果和實(shí)際的數(shù)值總有一定程度的差異,這是由于制成的彈簧不可避免地存在著一定的工藝誤差,以及材料組織非絕對(duì)均勻性所造成的。所以,在設(shè)計(jì)彈簧時(shí),如需要保證特性線的要求,必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn),反復(fù)修改有關(guān)尺寸,最后達(dá)到所需要的特性線。
在設(shè)計(jì)非線性特性線彈簧時(shí),有的要考慮靜變形。靜變形系指過(guò)特性線上任意點(diǎn)a,作切線與橫坐標(biāo)軸相交,其切點(diǎn)與a點(diǎn)在橫坐標(biāo)軸上投影的距離即變形量fs稱為切點(diǎn)a對(duì)應(yīng)載荷Fs的靜變形。
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