电连接器用圆柱螺旋压缩弹簧刚度计算与强度校核.pdf
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1、第 期 年 月机电元件 收稿日期:试 验 与 检 测电连接器用圆柱螺旋压缩弹簧刚度计算与强度校核李百科,彭战良,侯香妮,赵欣,孔超,程鑫(陕西华达科技股份有限公司,陕西西安,)摘要:本文介绍了电连接器用压缩弹簧的刚度计算与强度校核,基于材料力学及有限元分析软件 ,对圆柱螺旋压缩弹簧进行力学计算与分析,并和测试结果作对比。分析结果表明,两种方法具有很好的拟合性,说明采用有限元分析更具有快捷、预先优化设计的优点,并且所设计的圆柱螺旋压缩弹簧符合预期的各项要求。关键词:连接器;弹簧;材料力学;:中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言在电连接器行业中,弹簧作为弹性结构的主要零件起着重要作用,如防止
2、插针、插孔接触件、连接套、安装板等结构件松动,使结构件复位、改变力的方向、增加预紧力等,因此,设计优良的圆柱螺旋压缩弹簧对提高电连接器性能具有重要的意义。设计原理及仿真分析 圆柱螺旋压缩弹簧的力学计算圆柱螺旋压缩弹簧作为提供弹力的主要零部件,要求压缩后具有一定的回弹力,即刚度满足要求,并且在压缩后不会产生永久性塑性变形,即强度也要满足要求。刚度系数计算根据弹簧受力条件,采用截面法进行受力分析,当弹簧压缩时,弹簧端面受到外力 作用,截面处受到剪切产生的内应力 以及扭转产生的扭矩 :如下图所示。根据圆柱在纯扭转作用下,可知:()式中:圆柱截面半径;半径为 处的切应力;剪切弹性模量图 弹簧受力分析图
3、根据截面法受力平衡条件,扭矩为切应力在圆截面上的积分,可知:()式中:外力产生的扭矩;圆截面微元;极惯性矩;即:()对转角微元进行积分,可知转角如下()式所示:()根据功能原理:在弹性范围内,固体在外力作用下产生变形,外力所做的功与弹性体在外力作用下发生变形而产生的应变能相等,即:()式中:弹簧有效圈数总长度;内力偶;弹簧压缩量。通过受力分析,将弹簧刚度系数、圆截面极惯性矩代入上式(),整理后可得刚度系数:()强度校核弹簧丝横截面同时受到扭转及剪切产生的切应力,二者进行矢量叠加,可知:()()并且最大切应力应在横截面内圈与中心线的交点处。由于公式推导过程中假定切应力为均匀分布,因此需引入修正系
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