【JB机械标准大全】JBT 3338.2-1993 液压件圆柱螺旋压缩弹簧 设计计算.pdf
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1、 J 26 JB/T 3338.21993 液压件圆柱螺旋压缩弹簧 设 计 计 算 1993-05-07 发布1994-01-01 实施 中华人民共和国机械工业部 发 布 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 1 1 主题内容与适用范围 本标准规定了液压件用圆截面圆柱螺旋压缩弹簧(简称液压件弹簧)的设计计算。 本标准适用于材料直径不大于 10 mm、旋绕比一般不小于 3、有效圈
2、数一般不小于 2 圈的等节距 液压件弹簧的设计计算。 2 引用标准 GB 2271阀门用油淬火回火铬钒合金弹簧钢丝 GB 3123硅青铜线 GB 4357碳素弹簧钢丝 GB 4358琴钢丝 GB 4361油淬火回火硅锰合金弹簧钢丝 GB 5218硅锰弹簧钢丝 GB 5219铬钒弹簧钢丝 JB/T 3338.1液压件圆柱螺旋压缩弹簧技术条件 YB(T) 11弹簧用不锈钢丝 3 弹簧的参数、代号及单位 弹簧的参数、代号及单位见 JB/T 3338.1 表 1。 4 液压件弹簧的典型工况 液压件弹簧的典型工况见 JB/T 3338.1 表 2。 5 设计依据 a. 弹簧工况(类、组) ; b. 负荷
3、性质; c. 最大工作负荷 P2; d. 刚度 P ; e. 允许的安装空间; f. 工作环境; g. 寿命要求; h. 其他。 机械工业部 1993-05-07 批准 中 华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准 液压件圆柱螺旋压缩弹簧 设 计 计 算 JB/T 3338.21993 代替 JB 333883 1994-01-01 实施 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可
4、下载 JB/T 3338.21993 2 6 设计计算公式 6. 1 材料切应力的计算公式: P D KC P D KD 23 88 =(1) 式中曲度系数 K 由下式计算: C . C C K 6150 44 14 + =(2) 在用式(1)计算压并切应力 b、试验切应力s及甲类弹簧工作切应力时,曲度系数 K 值等于 1, 计算乙、丙类弹簧的工作切应力时,曲度系数 K 按式(2)计算。 6. 2 弹簧变形量 F 的计算公式: P Gd nC P Gd nD F 3 4 3 8 =(3) 6. 3 弹簧刚度 P 的计算公式: nC Gd F P P 3 8 =(4) 6. 4 单圈弹簧刚度 P
5、 d的计算公式 3 8C Gd PnPd=(5) 7 弹簧设计基本程序 7. 1 确定弹簧所属类、组 根据弹簧的使用场合及液压件弹簧典型工况分析,确定弹簧所属类、组。 7. 2 确定弹簧的负荷性质、最大工作负荷 P2及刚度 P 。 7. 2. 1 弹簧负荷性质的确定 a. 甲类弹簧属类; b. 乙、丙类弹簧属类或类。 7. 2. 2 甲类弹簧的刚度 P 甲类弹簧已知最大工作负荷 P2及变形量 F2,可按式(4)计算其刚度 P 。 7. 2. 3 乙类弹簧的刚度 P 乙类弹簧已知两点负荷 P1、P2及变形量F,可按下式计算其刚度: F PP P 12 =(6) 7. 2. 4 丙类弹簧的刚度及最
6、大工作负荷 P2 丙类弹簧已知在负荷差P 下的变形量F,可按下式计算其刚度 P : F P P =(7) 其最大工作负荷 P2由下式计算: P2=(3.54)P (8) 7. 3 材料、许用切应力及切变模量的选择 材料、许用切应力及切变模量 G 按表 1 选用。 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 JB/T 3338.21993 3 表 1 材料名称组、类别 切变模量 G N
7、/mm2 许用切应力 N/mm2 推荐使用场合 B 级 C 级 碳素弹簧钢丝 (GB 4357) D 级 G1 组 G2 组 琴钢丝 (GB 4358) F 组 78400 甲类弹簧选用 C 级、D 级、G2组; 乙、丙类弹簧选用 C 级、D 级、G1 组 阀门用油淬火回火铬钒合金弹簧钢丝 (GB 2271) 按图 1 选取 铬钒弹簧钢丝 (GB 5219) 硅锰弹簧钢丝 (GB 5219) 740 油淬火回火硅锰合金弹簧钢丝 (GB 4361) 78400 见材料标准 =0.55b 当有特殊要求时才选用 弹簧用不锈钢丝 YB(T) 11 71540 见材料标准 =0.45b 当需要耐腐蚀或在
8、高、低温条件 下工作时选用 硅青铜线 (GB 3123) 40180 见材料标准 =0.4b 当需要有较高的耐腐蚀或在防磁 条件下工作时选用 注:b取下限值。 7. 4 压并切应力 b的选取 a. 当 b=时,设计最为合理,弹簧压至任意高度时均不产生永久变形; b. 当 b=(11.25)时,所设计的弹簧应进行强压处理后无永久变形,且其结构尺寸较小; c. 当 b(11.25)时,在图样上应规定试验高度 Hs和试验负荷 Ps,该负荷决定于试验切应 力 s,应取s=(11.25),该弹簧只要压缩高度大于试验高度就不会产生永久变形。 7. 5 最大工作切应力 2的选取 a. 甲类弹簧因长时间在高应
9、力、高温度下工作,其工作温度可达 80,取 20.6b; b. 乙、丙类弹簧要求工作寿命达 108次以上,取最大工作切应力 2=(0.60.7)b。 7. 6 压并高度 Hb与最大压并高度 Hb max 对两端并紧并磨平的弹簧,其理论压并高度 Hb按下式计算: Hb=(n10.5)d(9) 压并高度 Hb的实际值与材料直径 d、总圈数 n1偏差及端部的磨削量有关,一般均大于理论值,因 此规定凡考核压并高度的弹簧应在图样上注明其值不大于 Hbmax。其值由下式计算: Hbmax=n1dmax (10) 7. 7 弹簧直径注法及装配间隙的确定 液压件弹簧在液压件中应精确定位。 安装在孔中的弹簧应标
10、注外径,反之则标注内径。弹簧座柱与弹簧内径之间最小间隙不小于 0.2 mm。弹簧座孔与弹簧外径之间的间隙取决于弹簧压并时外径的增大量D2,取最小间隙为D2。 D2按下式计算: 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 JB/T 3338.21993 4 )20)( 10 2 d.tdt D . D= (11) 7. 8 基本参数的设计计算 7. 8. 1 主要设计参数 d、D 和
11、n 的计算 7. 8. 1. 1 用公式直接设计计算 利用切应力及变形量计算公式(1) 、 (3)进行参数计算,但两个方程式不可能得到三个未知数(d、 D、n)的定解,还应有其他的约束条件才能最后确定,通常是按安装空间情况来确定这三个主要参数, 因此通常需进行多次反复试算。 7. 8. 1. 2 利用 Pk曲线的设计计算 a. 已知弹簧的最大工作负荷 P2及刚度 P ,按表 1 或图 1 确定选用材料及其许用切应力。但碳 素弹簧钢丝、琴钢丝及油淬火阀门弹簧钢丝的许用切应力与材料直径 d 有关,这就应初选一个材料 直径 d 以确定许用切应力,待最后决定直径 d 后再修正许用切应力。 b. 按 7
12、.5 条确定最大工作切应力2。 c. 按下式计算 Pk值: 1000 2 2 k = P P (12) 在附录 A(补充件)的 Pk曲线图上可找到或用插入法找到该 Pk值的等值曲线,在这条曲线上对 应着很多组材料直径 d、旋绕比 C,与单圈刚度 P d的组合,由旋绕比 C 可得弹簧中径 D,由单圈刚度 P d可得有效圈数 n。材料直径 d 与旋绕比 C 的组合由小变大,弹簧外形变化的规律是由细长变为短粗, 然后根据弹簧安装空间条件从中选取一组合适的参数,可减少反复计算。 7. 8. 2 确定弹簧自由高度 H0 按下式计算压并负荷 Pb: b 2 b 8 C d P = (13) 按下式计算全变
13、形量 Fb: b 3 b 8 P Gd nC F = (14) 按下式计算压并高度 Hb(支承圈 nz以 2 圈计) : Hb=(n+1.5)d (15) 则 H0=Fb+Hb (16) 如自由高度过大,可取: b=(11.25) 2=(0.60.7)b=(0.60.7) (11.25) 重新按 7.8.1 条计算弹簧的三个主要参数,H0可以缩小。 7. 8. 3 确认计算 在确定了主要参数及自由高度之后,进行最后的确认计算,根据需要可按表 2 进行。 表 2 序号参数名称代号单位计算公式备 注 1曲度系数K C . C C K 6150 44 14 + = 2弹簧中径DmmD=Cd 准标网
14、w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 JB/T 3338.21993 5 续表 2 序号参数名称代号单位计算公式备 注 3弹簧外径D2mmD2=D+d 4弹簧内径D1mmD1=Dd 5总 圈 数n1圈n1=n+nz 此处 n 经圆整。建议尾数取 0.25,0.5,0.75 圈或整圈 6弹簧刚度PN/mm nC Gd P 3 8 = 与设计要求有些变化 7压并负荷PbN b 2 b 8
15、C d P = 理论值 8压并变形量FbmmFb=Pb/P 9压并高度HbmmHb=(n10.5)d 10自由高度H0mmH0=Hb+Fb 应作适当圆整。Pb会变化 11节 距tmmd n F t+= b 12工作高度HmmH1(H1.5、P2)=H0 P PPP . )( 2511 、 已知 P 时的 H 13工作负荷PNP1(P1.5、P2)=H0H1(H1.5、H2) P 已知 H 时的 P 14压并切应力 b N/mm2 2 8 d C b =(H0Hb)P 甲类弹簧 22 8 d C =P2 乙、丙类弹簧 15工作切应力N/mm2 1(1.5、2)2 8 d KC P1(P1.5、P
16、2) 16最大压并高度HbmaxmmHbmax=n1dmax 必须要考核 Hb时,用比值 17高 径 比bb=H0/D 18展开长度Lmm cos 1 Dn L = 螺旋角 19弹簧重量WkgL d W 4 2 = 材料密度 20弹簧自振频率f1/sf = 3.56105 2 D d 21外径增大量D2mmD2= D .10 (td )( t0.2d) 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注
17、册 即可下载 JB/T 3338.21993 6 7. 9 弹簧的疲劳强度及稳定性校核 在需要校核弹簧的疲劳强度、稳定性及共振时,按 GB/T 1239.6 进行。 7. 10 立定处理 立定处理是将热处理后的弹簧,经数次短暂压缩以达到自由高度稳定为主要目的的一种工艺方法。 一般压并切应力为 b为(0.81)倍的许用切应力时,制造厂均要采用立定处理,在工作图样上不 必标注这一要求。 7. 11 强压处理的选用 强压处理是将弹簧压缩至使其材料表层应力超过弹性极限的状态下,保持一定时间以达到强化或 稳定尺寸的一种工艺方法。也可以用几十次短暂压缩代替长时间保压。因此强压处理的弹簧必定是压 并切应力
18、b大于许用切应力。 7. 12 喷丸处理的选用 喷丸处理可以适当提高承受、类负荷弹簧的疲劳寿命,当材料直径 d 小于 1.8 mm 或间距 小于 1.2 mm 的弹簧一般不进行喷丸。硅青铜线的弹簧不喷丸。 7. 13 弹簧端部结构 弹簧端部结构采用两端面并紧并磨平,表面粗糙度的要求为 ,支承圈数 nz不得少于 2 圈,端面 倒角可根据产品定位需要确定,并在圈样上注明。 7. 14 绘制弹簧工作图样 图样格式参照 JB/T 3338.1 附录 A(补充件) 。 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z .
19、n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 JB/T 3338.21993 7 附 录 A (补充件) Pk曲线图 图 A1 Pk曲线图 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 JB/T 3338.21993 8 Pk曲线图是根据式(1)取切应力为 1000 N/mm2时 P 等于 Pk及式(5)绘制的
20、。 此图横坐标为材料直径 d,纵坐标为旋绕比 C,图中粗实线的曲线为不同 Pk值的 Pk曲线族,粗虚 线的曲线为不同单圈刚度 P d值的 Pd曲线族。 在坐标图平面上任意一点对应四个参数,即材料直径 d、旋绕比 C、Pk及单圈度 P d,代表了一个 单圈弹簧的几何尺寸及性能,只要已知其中两个参数就可以确定另两个参数。任何一个有效圈数为 n 的弹簧可以理解为 n 个相同单圈弹簧的串联,在某一条等 Pk值曲线上的任意一点对应的材料直径 d 与 旋绕比 C 所构成的弹簧,当负荷 P 为该 Pk时弹簧的切应力正好是 1000 N/mm2,而等 Pk曲线上所对应 的单圈刚度 P k值是不等的,随旋绕比
21、C 值的取大而变小,在要求弹簧的刚度 P 一定时,则弹簧的有 效圈数 n 也会由多变少。 利用此图可以帮助简化弹簧设计,也可对现有弹簧进行切应力及刚度的快速核验。 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 JB/T 3338.21993 9 附 录 B B1 调压弹簧 设计溢流阀三个压力级的先导阀调压弹簧。工况负荷如图 B1 所示,导阀阀芯为锥形,弹簧安装 在弹簧座上的柱径 Dx为
22、 5.6 mm,安装空间高度 H 为 34 mm,注脚 A、B、C 分别代表三个级别的调 压弹簧。 图 B1 从 JB/T 3338.1 典型工况分类可知该弹簧属甲类组,负荷性质属类,取弹簧内径 D1为 60.2 mm,自由高度 H0应为 33.50.5 mm。 B1. 1 材料选择及其许用切应力 根据负荷性质选用 GB 4357 碳素弹簧钢丝 D 级,该材料的许用切应力与材料直径有关,根据 已知负荷条件估计材料直径大约在 23 mm 之间,暂取许用切应力为 850 N/mm2。 B1. 2 工作切应力 2的选取及 Pk值的确定 取 2=0.6=510 N/mm 2 则=1000 2 A2 k
23、A P P253 N =1000 2 B2 kB P P490 N =1000 2 C2 kC P P888 N B1. 3 弹簧主要参数的选择及初步计算弹簧内径 D1为 60.2 mm,则: 1 1 += d D C 可在 Pk曲线图上作等内径条件的曲线,与 PkA、PkB、PkC值的等值曲线有三个交点,该交点不可能正 好在材料系列直径上,可沿等内径曲线向右取最近一个材料的系列直径值。取到如表 B1 所列数据, (参考件) 液压件弹簧设计计算举例 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t
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