HB Z 240-1993 琴钢丝圆柱螺旋压缩、拉伸弹簧的设计与制造.pdf

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1、中共和空工飞HB/z 240-93 生生1994-06-01发布1994-06-01 中国公司批准中华人民共和国1 主题内容与适用范围柱螺设计与空工业标准、的造本指导性技术文件规定了压缩、拉申弹簧的设计计算与制造要求。HB/Z 240-93 本指导性技术文件适用于材料为琴钢丝Gl组.d二O.Z6. Omm圆截面冷拉钢丝制圆柱螺旋压缩、拉伸弹簧。2 引用标准GB 4358 琴钢丝HB 6765 琴钢丝制圆柱螺旋拉伸弹簧HB 6766 琴钢丝制HB 6767 琴钢丝制圆柱螺旋压缩、拉伸弹簧技术条件3 弹簧的设计计算3. 1 材料、适用工作温度琴钢丝Gl组材料按GB4358、弹簧适用工作温度为60

2、130C。3. 2 极限应力图极限应力图由，.J应力线、kminJ应力线与水平线(扭转屈服极限)组成。为了使，=.J - 0 J极限应力图或称等寿命图)适用于各种钢丝直径的弹簧。极限应力图用k.J mioJ 丁一-旦巴来表示。bmin Ubm;n 对特别重要的弹簧可降低许用应力戎做必要的疲劳试验。3. 3 许用应力的确定压缩弹簧的许用应力kJ按图l图2查取。拉伸弹簧的许用应力，J，rJ二O.85r，J. . . . . . . . (1) 高温弹簧的许用应力压缩弹簧rJ r,JK. . . . . . . . . . . . () 拉伸弹簧r:ftIIJ= r.，JK . . (3) 3. 4

3、 压缩弹簧的设计计算公司1994-06-01发布1994-06.o1实施l HB/Z 240-93 因I琴钢丝G1组制圆柱螺旋弹簧N=10极限应力图2 HB/Z 240-93 图2琴钢丝GI组制圆柱螺旋弹簧N-10极限应力图3 HB/Z 240-93 3.4. 1 结构尺寸结构尺寸见图33.4.2 术语、符号及计算公式术语、符号及计算公式见表10Pb P. H P. 0. dzu H. H. Ho 3 白(0.7出图3压缩弹簧的结构尺寸表1其余两端面磨削不少于周长的3/4doQ).8皿皿时允许不磨或稍磨4 HB/Z 240-93 续表1序到术语名称符号计算公式单位备注9 弹簧刚度p p= P,

4、 -P, P, N/mm h 一F，10 弹簧单圈刚度p F pr Gd4 p rn80 N/mm 11 最大试验载荷p叩d PSF=8D N 12 理论压并载荷Pb d Pb 80 Tb N 13 许用应力.J MP 由图1图民取工作应力GdK k三二kJ14 k u=D2F2 MPa ，n 理论压并压力Gd 15 b b二)ZnFbMPa 1Cun 16 最大试验应力 . MPa sp = O. 5Gb 17 钢丝屈服极限， MPa扣O.5Gb 18 P，作用下单圈变形量f, f，f，. r mm 19 P，作用下单圈变形量f, 80 f2aZ Gt Pz , m盯1十20 最大试验载荷下

5、单圈f., 80 变形量fGdP mm 21 P，作用下变形量F , F，f，n mm 22 P，作用下变形量F, F，f， n 口1m23 压并变形量Fb FbHo-Hb m盯l24 P作用下变形量F Fsp=tp - n mm 25 工作行程h hF，-F， mm 26 最大压并高度Hbmu Hbmax=n d mm 27 压并高度Hb Hb (n, -0. 5)d mm 5 HB/Z 240-93 续表1序到术语名称符号计算公式单位备注28 P，作用下的高度H, H, =H.-F, mm 29 P，作用下的高度H, H, =H.-F, mm 30 自由高度H. H.=Hbm=+a, +F

6、, mm O. 1 31 最大工作载荷下的总余隙11, 11,=11 n 自1m最大工作载荷32 s 下的单圈余隙33 n pp Gd Gt n=jj.= 8(P,=-P, )O,h= 8P)F 民3、34 支承圈数n, 2.5 11: 2 35 总圈数n, nJ=n+nz 百面面定b5. 3一端36 高径比b b Hn u 定，另一-0 回转b运7两端回b运2.637 剪切弹性模量G MPa 卡=7800038 曲度系数K K= 4C一1+0.154C-4 C 旋绕比C D 39 C=IT 40 开长度t D 电Dmm CQsa 41 螺旋角 | (nzDn 0.5d(.) 42 钢丝密度P

7、 g/cm=7.85 单圈质量d 43 q q = .:; lp g 4 44 弹簧质量Q Q= (n,-O. 5)q E 6 HB/Z 240-93 3.4.3 稳定性计算当高径比超过规定值时，应进行稳定性计算，并校核临界载荷与最大工作载荷之比值。P, = cBP Ho . (4) F, = CBHo. . (5) 2=225 . . 式中:P，I恼界载荷NF, I脑界变形量mmCB一一稳定性系数(见图4)C . 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 。b 2 s 4 5 6 7 8 10 1.两端固定，2端固定.-_.端回转，3两端回转.图4稳定系数CB与高径比b

8、关系7 HB/Z 240-93 3.4.4 频率计算为了避免弹簧受频率的影响而破坏，应计算固有频率并校核固有频率与工作频率之比值，其计算式见表20表23. 5 螺旋角90时变形量的计算当螺旋角90如需精确计算变形量时应考虑可的影响。8D3n =一一-P. . (7) , Gd 8D f二亨一.P. .(8) Gd 甲=cos+4.哩!FHU-. . . . . . t己cosa式中z甲螺施角9。时变形量的修正系数sE 拉伸弹性模量206000MPa3.5 撞伸弹簧的设计计算3. 5. 1 结构尺寸结构尺寸见图5图8。8 Hc R Dn/2 H. (d) 由HB/Z 240-93 A型25或0.

9、75时P. H. H. H. R1 图5半圆钩环拉伸弹簧9 Jl.Dn /2 (d) 10 HB;Z 240-93 B型有效圈尾数为0.5或0.5的倍数B 白P. E H. H. H. 。A向R, 图6半困钩环拉伸弹簧H/Z 240-93 A，型有效圈尾数为0.25或0.75时H, R-Dn /2 (dd R. lk 图7圆钩环压中心拉伸弹簧11 H/Z 240-93 B，.型有效圈尾数为0.5或0.5的倍数卜H, H. H, H. H。RDD/2 d H. lk 图8圆钩环压中心拉伸弹簧3. 5. 2 术语、符号及汁算公式术语、符号及计算公式见表3012 HB/Z 240-93 表3序剖术语

10、名称阳明计算公式单位备注1 循环特征P, klon r r二三三二P，. 2 最大工作载荷P, ltd P,= DkJ N 3 最小工作载荷P, P1 =P2-r N 4 弹簧刚度P P二P, -P, P-Po h F 5 初拉力Po d Po二日0极限变形量F j 80n 13 Fj=Gd;O.15P, -po) mm 14 P，作用下的高度H, H, =Ho+F, mm 精确至O.1 15 P，作用下的高度H, H，=Ho十F，mm 精确至O.1 16 极限高度Hj H1二Ho+F，mm Ho=d(n+1)+2Hh 用于半圆钩环17 自由高度Ho mm Ho=d(n+1. 5)十2Hhl用

11、于圆钩环压中心Hh=00 用于半圆钩环18 钩环高度Hh 2 口1mHh=Dn 同于圆钩环压中心13 HB!Z 240-93 续表3术语名称防可计算公式d H, =H+ :; 19 I钩环的测量高度I H, d R=Hh+ 4 20 I半圆钩环处的曲度系数K , I K , 21 I半圆钩环处的旋绕比I C, 22 I半圆钩环处转接半径23 3. 5. 3 常温拉伸弹簧的初应力。I _ _ C，一1R, I R，注7-d1_D.-3d R21R占6一常温拉伸弹簧的初应力0按图9选取。3. 6 高温弹簧的有关设计计算|单位|备注用于圆钩环m口1问于圆钩环压中心K1!S豆1.176K 口1口1mm

12、 3. 6. 1 弹簧工作温度t二三60CC时，其材料的弹性模量，许用应力都有所降低，需按表4要求进行设计计算。表414 HB/Z 24093 续表4序钊术语名称符号计算公式单位备注9 高温拉伸弹簧的许用应力k1，J k1，J=Tk，JK MPa 10 高温压缩弹簧的工作应力k， ZK GdkF=BDK R k，Dn d MPa .;T.J 11 高温拉伸弹簧的工作应力 =K E GdkF=8DK Pg 国dJn:dMPa 阳，运国高温弹簧在P作用下的F, 8Dn 12 F, = KGdP 自1m变形量g 高温弹簧在P作用下的F, 8Dn 13 F2-K Gd每mm 变形量E 14 高温弹簧的

13、弹性模量G. G,=GK, MPa MPa 剑1朋160 中值140 120 飞E 丰60 斗40 20 。3 4 5 6 1 8 910111213141516 CD/d 图9常温拉伸弹簧初应力。15 HB/Z 240 93 3. 6. 2 温度对弹性模量的修正系数K，许用应力的修正系数K，见表5.工作温度C许用应力修正系数K温度对弹性模量的修正系数K，4 弹簧的制造要求4. , 弹簧的一般技术要求表5130 O. 75 O. 97 4. 1. , 弹簧的尺寸极限偏差，形位公差和载荷偏差按HB6767的规定。4. ,. 2 为了使变载工作条件下使用的压缩弹簧受力对称，有效圈尾数的最佳值为O.

14、5. 对于拉伸弹簧的有效圈数，由于两钩环相互位置不同，其尾数应符合3.5. 1的规定。4. ,. 3 压缩弹簧的端面一般要求磨平，磨平面不少于周长的3/4.磨平圈尖端厚度不小于O. 1时，粗糙度为vv.d豆0.8mm钢丝制弹簧端面允许不磨或稍磨。4. 1. 4 弹簧端圈的允许间隙，拉伸弹簧圈间的间隙和压缩弹簧的电抛光处理均按HB6767的规定。4. .5 弹簧的低温回火、麦丽处理按HB6767的规定。4.2 弹簧的试验载荷处理或立定处理弹簧应进行试验载荷处理或立定处理(对强压处理的压缩弹簧不进行此项处理)。处理方法按HB6767规定。经上述处理过的弹簧，由于长期保管以及运输时的振动，弹簧尺寸产

15、生部分liil弹，因此再次检测指定高度下的载荷和检查尺寸前允许重新进行试验载荷处理或立定处理。4.3 弹簧加温加荷时效处理当工作温度起过60C时，应进行加温加荷时效处理。弹簧的Jm温加荷时效处理一般要经过两次。第一次处理是在低温网火之后，将弹簧压缩或拉伸)到最大工作载荷下的高度比，按表6选择温度，保持时间为2h.第二次处理是在表面处理后进行，将弹簧压缩(戎拉伸)到最大工作载荷下的高度矶，温度按表6规定，保持时间不少于2h.弹簧工作温度第一次加温加荷时效处理的温度第二次加温110荷时效处理的温度4.4 弹簧的疲劳试验16 表660100 100130 120土10150士10100士10130士

16、10HB/Z 240-93 4.4.1 对用于关键部位的变载荷弹簧，设计员可要求进行疲劳(寿命)试验，即将弹簧从H，高度压缩(或拉伸)到凡高度，均匀而平稳地加载荷，加载的总次数和试验要求由设计员确定n4.4.2 对于受变载的重要弹簧，设计员可要求按工作条件进行模拟试验，试验要求由设计员确定。4.5 弹簧的强压处理当工作应力超过屈服极限飞时，应进行强压处理。强压处理的作用是提高弹簧在弹性极限内受静载荷或有限作用次数的承载能力4. 5. 1 强压处理方法是将弹簧压缩到一定高度或并圈，保持1248h(或更长时间)，其时间长短应根据生产经验、重要程度以及工作应力的大小由设计者确定。4.5.2 强压处理

17、仅适用于受静载荷及有限作用次数的变载荷弹簧。4. 5. 3 强压处理一般应安排在最后工序。为易于控制变形量，建议低温回火后进行一次类似强压处理的工艺性预备处理。4.6 弹簧设计图样应填写的主要技术要求填写的主要技术要求包括以下内容a.弹簧的尺寸、载荷反其极限偏差，形位公差或寻|用的技术条件;b. Jl走向(左旋需注出.未注出的按有旋); C.有效圈数、总圈数(或支承圈); d.弹簧的工作温度(常温时不标出he.当工作温度t60C时应规定加温加荷时效处理$1材料牌号和低温回火、表面处理要求;g.弹簧的特殊处理及其他要求;h.弹簧的精度等级;I .弹簧的工作应力和并圈应力。17 HB/Z 2409

18、3 附录A弹簧的设计计算示例(参考件)A1 许用应力T，J、飞，J、T，gJ、陶的确定A 1.1 常温下工作的弹簧，其J的确定。例1压缩弹簧循环特征rO.2、d3.Omm、N10时，求10时工作频率n，n，3. 56XI0古380协n，10时的工作频率n，ng=3.5叭。古4561/s n，F 故此弹簧应进行试验载荷处理。当Ho二36mm时，a=Ho-Hbm.ax-F2=4.2mm此时最大变形量F.=16.8十4.2二21mm10时的工作频率n求求要要性性危定定l稳稳归足足司喃喃d-mu二。JJESE44 MV且Uz-川臼嘟u-M耐V拍-MMW一一情一LnM计u叫一DZ句口问-DF币。一-UU一-nntiLU划二LU附加说明z本标准由中国航空工业总公司三0-所提出。本标准由中国航空工业总公司上海航空工业公司、三0一所、五一-厂及沈阳飞机制造公司负责起草。本标准主要起草人=陈骑培、杨建平、魏拔荤、曲永春。21