变节距圆柱压缩螺旋弹簧由大小不等的节距构成,是一种加工简单、被广泛采用的变参数弹簧。变节距簧必然也是变螺旋角簧。这种螺旋弹簧会随着载荷的增加开始压缩簧圈,首先压并的是小节距簧圈,然后依次压并大节距簧圈,其刚度也从等刚度到变刚度,并逐步加大。这不仅有利于汽车载荷变化的需要,而且有利于防止弹簧的共振和颤振。
弹簧节距可以由小到大,单向排列,也可以按两端小中间大双向排列,如图3-67所示。节距的大小,可以是在单圈之间变化,也可以是几圈为一组取成几种不同的节距。
图3-66 HMMWV1.5t级车后悬架螺旋弹簧特性曲线
图3-67 变节距螺旋弹簧
假设一个变节距簧的节距是由不等的k段组成,设各段节距分别为ti,圈数为ni,其工作原理是和若干等节距簧串联工作等价的,因为它们同受负荷F的作用。各段螺旋弹簧的变形量分别为
所以单圈变形量为
由式(3-202)可知,丝径d和圈径D都相同的变节距簧,在力F的作用下,其单圈变形量是一个常数。设tk为第k圈的节距,那么变节距螺旋弹簧某一单圈的可压缩行程为
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整根螺旋弹簧的可压缩行程为
整根螺旋弹簧的初始刚度为c0和等节距簧是一样的,且是线性的,其计算式为
然而,随着负荷F的增大,节距较小的圈(或段)并紧后,有效圈数减小,螺旋弹簧的刚度就增大,这也就是变节簧距的变刚性特性。由线性特性转为非线性特性的载荷为
式中 tm——各圈中最小的节距。
假设设计时,节距是逐步变大,即,那么在力F逐步增大时,其各圈(段)按序压并,整簧的刚度也在逐步增大。这就是说,变节距簧是阶梯式的渐变刚度簧。
在节距不等的两段螺旋弹簧之间,往往设置一个过渡圈。虽然过渡圈只有1圈,但仍可把它视为一段。如果过渡段为第i段,则它的节距为
计算示例参见附表2。
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