Advanced Compression Spring Analysis for Android APK

描述

轴向加载螺旋弹簧的弹簧刚度

压缩或拉伸弹簧的力学可以从仅一个线圈的力和应力的公式中解释。

对于程序中所示的环形线圈，在两端施加两个大小相等的相反力。施加力后，这两端移动一个相对距离 e。负载平行于线圈轴向作用。弹簧通过在线圈中产生的扭转扭转来抵抗该负载。线圈总扭距为：

= T * L/(G J)=(F * R) * L/(GJ)

一圈扭转的θ=扭矩*（一圈长度）/（G剪切模量*J扭转惯量）

其中 T=扭矩=F * R=力 * 半径=F * D/2

F=螺旋弹簧轴向力

L=一个循环的长度=* D

D=线圈直径

J=* d ^ 4 /32

d=线径

所以

= (F * D/2)* ( * D )/ (G * * d ^ 4 /32)

= F * D^2 */( G * * d^4/16)

= 16 * F * D^2/(G * d^4)

一圈轴向伸长率=e=R *=D * /2=8 * F * D^3/(G * d^4)

一个循环的弹簧刚度=k=F/e=(G * d^4)/(8 * D^3)

对于 n 个环，总伸长率=E=e * n

所以整个弹簧的弹簧刚度为 F/E=(G * d^4)/(8 * n * D^3)

弹簧指数

弹簧指数是 (D/d) 之比，其中 D 是平均线圈直径，d 是线材直径。一般来说，为了制造的可行性，弹簧的弹簧指数设计在 5 到 10 之间。

弹簧结束条件

压缩弹簧可以有许多末端条件来实现稳定性。

闭合端：弹簧线端接触下一个回路。

封闭式和接地端

平端地面

平头

线圈数

如果接地，压缩弹簧末端线圈被认为在抵抗负载方面无效。

端部类型 非活动线圈数

封闭和接地 2

封闭和不接地 2

打开 0

开路接地 1

锥度轧制（锻造和热卷）1.5

荷载-挠度关系

负载和弹簧高度定义如右图所示。

H0：理论自由高度

H1：负载阶段 1 的高度

H2：负载阶段 2 的高度

HS：线圈完全接触时的实心高度

最小工作高度：H1 - 0.85(H0 - HS)

由于弹簧圈的形状不完美，因此理论上计算的弹簧高度小于实际高度。

应力和许用应力

压缩弹簧中的扭应力为：

= (8 F D K )/( d ^3)

其中 K=( c + 0.2 )/ ( c -1)

C= D/d=弹簧指数

压缩弹簧的许用应力取决于材料类型和制造工艺。最终，应力评估是使用修改后的古德曼图检查弹簧服务生命周期的一部分。