爪式组合弹簧设计研究.pdf

j北林学院学报1993．8(3)：75～80 Northwest Journal。f ForentryCollege 爪式组合弹簧设计研究 冉鲁威 吴萌 (西北林学院未材I业系陕西杨陵712100) 摘要用小变形叠加法对爪式组合弹簧进行1刚度分析，并用数据拟合方法得到1便 于-￡程设计的简化变形计算公式。 关键词无级变速器；爪式组合弹簧；变形 术工机床及人造板设备中，经常采用构造简单的V带无绥变速器，而其中又以单变速轮 的型式最为常见。图1就是在进口设备中常见的单变速带轮的结构图。花键轴1以带键槽的 孔与电机相联结，轴上装有两个对称的可轴向移动的动盘4和5，盘的背面各有一爪式组合弹 簧压紧(2和6)。移动电机的位置可以改变主动和被动V带轮间的中心距从而使变速带轮的 工作直径改变．达到变速的目的。这种无级变速器的变速带轮结构简单，工作平稳，轴向压紧力 均衡，因而在进口机械设备上应用十分广泛。其中爪式组台弹簧是一个关键部件，国内对这种 组合弹簧设计计算方面的研究很少。本文就这种组合弹簧的变形计算问题，提出一种简便的数 值计算方法．供爪式组合弹簧系列开发设计时使用。 1板簧的几何尺寸 爪式组合弹簧由若干片(一般多为12 片)宽度为b厚度为t的曲形板簧(图1中的 3)铆合为一个整体。其主要几何尺寸(参见图 2)是板簧装配后的斜角口，直线部分长度， 及弓弧半径R。而与动盘接触处的过渡圆弧 半径r较小且靠近载荷作用点c，其大小对 板簧变形影响不太，一般取r一0．1,5l(即五， =r／Z10．15)。为了简化问题的分析和减少 变量，可令K一一R／t，其值在0．20～o．45范 围内取值，p角在45。～70。范围内取值。通过 图l变速V带轮结构盛 不同的，，卢，K一参数组合变化所引起的弹簧l_花键鞋2、6一爪式组台弹簧3一曲形板簧4、5一动盘 收墙日期l992—12一02 76 西北林学院学报 8卷 变形的变化来进一步研究组合板簧的有关设计问题。这里还应指出的是，在动盘背面做有限制 弹簧最大径向变形的环形限位凸肩Dmo．r(图1)对板簧的过载起着一定的保护作用。 f O～日 喈 I 蕊 H。 、f I 忒劳． 蔓 C △P -_———一D．——————o 圉2单片曲形扳簧的几何尺寸殛受力 在参数‰，墨，p，f确定之后，自由状态下板簧的几何安装尺寸可用下式计算：(图2) (2) 2弹簧的变形计算 弹簧变形是刚度设计的依据，而刚度又直接关系到变速带轮工作的稳定性及传递扭矩的 大小。对爪式组合弹簧来说，可以认为每个单片曲形板簧的受力及变形都是均匀的。因此我们 只需要讨论单片板簧受力．变形及强度计算问题。 由于单片曲形板簧受力较大，线长度较长．截面厚度(f)相对较小，因此受力后与动盘接触 点c的轴向位移曲和径向位移如都很大(参看图3中的妇’和a一)，故应将其看作是O端固 定C端自由的大挠度曲杆，同时忽略曲杆轴线方向上的变形。当板簧在C点受有外部轴向压 力尸时，其变形的基本微分方程是： Ej西d0=一M (3) (E——材料的弹性模量，J——截面惯性矩，d——截面的转角，s——截面的自然坐标) 式中Ⅳ为截面上的弯矩，其值在加载过程中随C点位移以和玉的变化而变化，求解此 基本微分方程并且得到精确的曲杆的弹性线方程是非常困难的。，。 若静态加载的终了载荷△P很小，则C点的位移可以概为△P的线性函数．应用能量法可 以求出C点位移乱’和