冰箱壓縮機的彈簧設計案例綜述1.1動力學模型我對此系統(tǒng)建立動力學模型，得到：單自由度彈簧阻尼系統(tǒng)，因為機器安裝在冰箱上。基礎剛度大，不考慮重力，繪制動態(tài)方程式微分方程。動子部分，帶有永磁體的支架和活塞簡化為質量塊。圖4-1線性壓縮機動力學模型Figure4-1dynamicmodeloflinearcompressor由此得到動子受迫振動的微分方程：md2x(t)式中：x(t)為時間函數，s；c為阻尼系數,主要為摩擦阻尼，N(m/s)；FeFg1.2諧振彈簧設計安裝諧振彈簧是為了消除轉子進行高頻直線往復運動時產生的慣性力，不僅起到行程限制的作用，還可以根據轉子的質量使電動機在諧振狀態(tài)下動作，提高電動機的效率。動磁直線振動電機在強制振動下運行。彈簧對電動機的性能有很大的影響，因為為了確保電動機的高效率，必須接近電動機的固有振動頻率。在工程上，為了在缸內膨脹和壓縮時表現出非線性氣墊的彈性，從而改變系統(tǒng)的剛性，在彈簧設計中必須考慮氣體剛性的影響。1.2.1氣體等效剛度Kg=A式中：活塞面積A為490.87mm2；動子振幅S為20mm；(P2?當電磁力的頻率和系統(tǒng)的共振頻率相同時，振幅最大。機械共振頻率、動子質量m和系統(tǒng)等效剛性k關系為：2πf=K+式中：m為運動質量,包括永久磁體、支架、活塞質量等。本文動子質量由三維模型中，動子在Solidworks中質量計算，如圖4-2所示，m=0.868kg；解得：彈簧剛度K=77090N/m圖4-2線性壓縮機動子質量屬性Figure4-2rotormassattributesoflinearcompressor本設計中，計算出彈簧剛度K=77090N/m。設計時選取12根彈簧、6根一組對稱布置，可知每根彈簧剛度K1為6424.18N/m，設彈簧中徑D為20mm。有一定預壓縮量的壓縮彈簧。由于負載的影響，活塞的初始安裝位置不在動態(tài)平衡位置，而是可以通過控制系統(tǒng)進行調整，使活塞的初始安裝位置與動態(tài)平衡位置重合。即彈簧初始安裝位置設為Xs=Xd=10mm。1.2.2選擇材料和確定許用應力壓縮機彈簧屬于變載荷，作用次數十萬以上，按照Ⅰ類選取設計，選取彈簧材料為合金鋼50GrVA，[τ]=430MPa1.2.3計算彈簧鋼絲直徑d首先取彈簧指數C，然后計算曲度系數K，設預壓縮力F1=120N，氣體力F2=375N，則單根彈簧：F1=10N，F2=31.25N由表12-5初選C^=7K^=4C^?14C^+1+計算出K^=1.21按照（式12-8）d^≥1.6K^得出d^>=0.889取d=2mm所以：C=D1.2.4求工作圈數z彈簧變形量：λ2=Fλ1=λ式中：工作行程h1=20mm，由于對稱布置，取h=10mm。彈簧剛度C=F2?按照公式：z=Gdλ2式中：彈簧切變模量取：G=80000MPa，鋼絲直徑d=2mm，求出工作圈數z=9.64取z=10。1.2.5計算彈簧尺寸彈簧總圈數：z1=z+2 彈簧自由高度：H0=pz+1.5d 彈簧節(jié)距：p=D3~D2彈簧螺旋升角：α=arctanpπD2彈簧鋼絲展開長：L=πD2z1彈簧外徑：D=D2+d 彈簧內徑：D1=D2?d計算出彈簧幾何參數如表4-1所示：表4-1共振彈簧幾何參數表Table4-1geometricparametersofresonancespring彈簧中徑D鋼絲直徑d總圈數z自由高度H0節(jié)距p20mm2mm12138mm9mm外徑內徑螺旋角α展開長L22mm18mm8.15°761.29mm1.3彈簧校核1.3.1穩(wěn)定性驗算彈簧按照兩端固定考慮，其高徑比為：b=H0D2=138進行驗算：Fc=CucH0>式中：Fc為穩(wěn)定時臨界載荷；F2為彈簧最大工作載荷FCu為不穩(wěn)定系數，查機械設計（圖12-17）得到Cc為彈簧剛度C=12N/mm計算得到Fc=463.68N>F1.3.2疲勞強度驗算按照變載荷作用次數：N≥106考慮，由表12-7查得：τ0=0.3SF=τ0+0.75τmax=8KCF2πτmin=8KCF1π帶入上式得：SF=0.24≥[S[S1.3.3靜強度驗算SS=τsτ式中：τs1.3.4共振驗算彈簧的工作頻率是預先給定的，為避免共振對彈簧強度