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标题:以前选的弹簧被压断了，弹簧计算求助 [打印本页]
作者:fengtao666 时间:2013-12-3 10:26
标题:以前选的弹簧被压断了，弹簧计算求助
本帖最后由 fengtao666 于 2013-12-3 16:16 编辑

如下面简图所示，上面是高压水，7MPa，此时螺钉拉断，下面绿色粗线的是仪器，重800KG，仪器底部安装的缓冲弹簧。螺钉被拉断后，仪器被释放。以前选的截径8mm的弹簧，可能力学性能不够，有的弹簧压断了。
求教各位高手，此环境下弹簧承受多大的力，怎么算，这里面有瞬时力做功吗，这个弹簧我该怎么计算、选择？主要是该考虑哪些方面，我拿不准路子，大侠们点拨点拨（简图）

(, 下载次数: 124)




补充内容 (2013-12-6 10:55):
此仪器经过多次粗算，在该空间尺寸限制下，靠单根弹簧无法满足（忽略其它微小影响，作用力至少在30000N左右），后来考虑在下面的导套里再加一根弹簧，还是差太多，最后考虑把导套上的阻尼孔再减小一些，靠阻尼缓冲。

补充内容 (2013-12-6 10:57):
导套在图中未画出。接下来就是新的问题了，我得算阻尼孔多大才能合适，又是新的领域，呵呵！
作者:Mechanical.Mr. 时间:2013-12-3 10:47
好像好难，不懂
作者:茉莉素馨 时间:2013-12-3 10:54
楼主，这个7mpa一直都存在么？还是螺丝断了之后，在仪器下降过程中，这个压力就消失了？
如果没有消失，那么这个压力会变化么？或者说，在仪器向下运动时，如果有水继续流入，流入的流量和压力是多少？
作者:打死你 时间:2013-12-3 11:04
本帖最后由 打死你 于 2013-12-3 14:33 编辑

我看图不认真，理会错大侠的意思了，对液压了解不是很多，当螺钉断裂后，压力肯定会变小，具体怎么变化，和流量，损耗，摩擦之类的关系挺多，不考虑这些（也考虑不清楚，你倒是可以慢慢研究），我们只考虑最严重的情况，也就是压力全部作用到缸体上，也没有损失。
接下来无非就是根据加速度求速度，动量，冲量。算出来是27780N
作者:karlmayerdesign 时间:2013-12-3 12:59
收藏了 等待高手解答
作者:fengtao666 时间:2013-12-3 13:32
这个帖子竟然只有4个回复，看来一涉及计算，大家都蔫了！
作者:茉莉素馨 时间:2013-12-3 13:44
本帖最后由 茉莉素馨 于 2013-12-3 14:37 编辑

(, 下载次数: 140)

式子里面的Q为泵的功率，v为仪器下降的速度，m为仪器的质量，
a为仪器下降的加速度，G为仪器的重力，k为弹簧的刚度系数，Δl为弹簧的压缩量
其中，a为时间的二阶导数，v为时间的一阶导数，求这个微分方程就可以了

说明一下，如果泵提供的流量必须能能满足仪器下降的体积，就是仪器顶部的压力不出现负值。

以上写的有问题，就是当v等于零时，第一项是无穷大，所以是错的~

如果泵输出压力作用在仪器顶部的压力不变，那么上面的第一项就是可以写成P*S，是一个恒量
整个方程求解出来，还是一个间歇运动，但是当运动到最底端的时候，弹簧是否回复，就看上面的水有没有地方去了。
作者:2266998 时间:2013-12-3 15:15
看了你留言，你应该这么考虑这个问题，

1，假如压力是一个恒定压力，吊挂螺栓断裂以后，会有一个加速过程，加速力与弹簧力形成一个方程，弹簧力是抵抗力，其合是加速度的力，这个你自己可以计算，

2，一个物体有加速，随着弹簧力的加大，这个加速度是减小的，你有平衡方程可以解这个，物体是否会停下来，要看计算结果，你计算一下看看什么时候停下来的，

3，弹簧力不够的时候，就会一直压死，这个过程是明确的，

4，弹簧压死是不是会断？这个不见得，节距小就不会断，节距大就会断，就是所谓的‘超扭’，计算一下就知道了，要用数据说话，

5，即使计算压死也不断裂，实际中依然会断裂，因为某圈被压死以后会偏斜，被挤出，就断了，这个很正常，

你按我说的过程，解这个东西，自己就懂了，
作者:机械鼠 时间:2013-12-3 15:29
本帖最后由 机械鼠 于 2013-12-3 15:32 编辑
茉莉素馨 发表于 2013-12-3 13:44
式子里面的Q为泵的功率，v为仪器下降的速度，m为仪器的质量，
a为仪器下降的加速度，G为仪器的重力，k ...

支持这种计算方法。
式中v是弹簧触底时仪器的速度。
v这样计算：
水的压力F1=70×面积×9.8=19396.19 N
仪器的总加速度a=F1÷m+g=34.045 m/s^2
触底前经过时间t=sqrt（2×2÷a）=0.343 s
v=at=11.67 m/s
作者:ily25198 时间:2013-12-3 15:38
茉莉素馨 发表于 2013-12-3 13:44
式子里面的Q为泵的功率，v为仪器下降的速度，m为仪器的质量，
a为仪器下降的加速度，G为仪器的重力，k ...

水也有速度啊，而且水是不是繼續對儀器施加压力，要看流量和管径。这个运动中的压力就是给仪器一个向下的加速度，这个加速度下20米的距离后最终速度是多少可以求出来，这样可以算出来一个比实际情况大的动能，然后动能和弹簧势能完全相等算应该可以算出来假设压缩比能达到100%的弹簧需要的力（实际大线径的弹簧一般能压缩60%就差不多相当于一个刚体了），如果要精密计算，弹簧自身质量在运动中的动量也可以算进去，然后可以选出一个比较安全的弹簧，这样算行不行啊大侠？
作者:mfka 时间:2013-12-3 15:49
本帖最后由 mfka 于 2013-12-3 17:05 编辑

其它一些尺寸没给出，这个冲击力就不好确定。按最坏情况是从孔流出的水是恒流量恒压力，计算最大冲击力（实际上这个冲击在弹簧下降过程中多多少少是变化的）。
作者:成形极限 时间:2013-12-3 15:57
本帖最后由 成形极限 于 2013-12-3 16:07 编辑

简单一点，如果流量大概35升/秒，按照内径60计算，0.16秒就充满了2米高的内腔，即弹簧接触到了底部。而2米高自由落体的时间为0.638秒，因此水泵会驱动仪器加速下行。假设下行过程中水压不变，则7兆帕作用在直径60的面积上力近似为19790N，加上重力8000N，计算2m行程获得的能量，按这个选弹簧，要满足能量吸收条件。查了手册，最小套筒直径59mm，只能用中径45mm，钢丝直径10mm的弹簧，但是其极限载荷仅为4262N，单圈极限变形量为3.934mm，单圈刚度1084N/mm，因此由于直径受限制，现有条件无合适的圆钢丝弹簧能够胜任。
建议采用聚氨酯橡胶来作为缓冲。
作者:成形极限 时间:2013-12-3 15:59
我觉得最关键的是你的仪器能承受的加速度有多大，从这个角度选择合适的缓冲方式即可。
使用弹性元件吸能，还必须有阻尼元件，否则会有反跳问题
作者:ily25198 时间:2013-12-3 16:15
2266998 发表于 2013-12-3 15:15
看了你留言，你应该这么考虑这个问题，

1，假如压力是一个恒定压力，吊挂螺栓断裂以后，会有一个加速过程 ...

大侠，我最近也有地方要选弹簧。那如果我选外径标准矩形弹簧，选外径和管壁一样的弹簧5、6条的情况是不是就可以避免了？太重载的弹簧也没用过，心里没底啊。
作者:ily25198 时间:2013-12-3 16:18
成形极限 发表于 2013-12-3 15:59
我觉得最关键的是你的仪器能承受的加速度有多大，从这个角度选择合适的缓冲方式即可。
使用弹性元件吸能， ...

一般的聚氨酯能吸收那么大的能量吗……
作者:茉莉素馨 时间:2013-12-3 16:47
本帖最后由 茉莉素馨 于 2013-12-3 16:48 编辑
茉莉素馨 发表于 2013-12-3 13:44
式子里面的Q为泵的功率，v为仪器下降的速度，m为仪器的质量，
a为仪器下降的加速度，G为仪器的重力，k ...


还是自己解一下吧，这个里面把第一项Q/v 换成F，就是仪器顶部受到的压力，即F=P*S。
假设这个压力是恒定的，不考虑上面水的机械能。那个微分方程最后出来是：
(, 下载次数: 20)
手工解的，不知道对不对。
用adams算了一下，底下是位移，速度，加速度随时间的变化，简单参考一下吧。
取的弹簧的刚度系数是2e5N/m。

(, 下载次数: 21)
作者:逍遥处士 时间:2013-12-3 21:54
1、仪器下降到下止位，弹簧被全部压缩时，计算弹簧内部的应变能，是否大于仪器的重力势能+恒水压作功；
2、仪器在下止位时，计算弹簧的最大出力，是否大于仪器的自重+水压面力。

简略计算过，橡胶弹簧不堪一击，金属螺旋弹簧的应变能，跟仪器的总能量也不是一个数量级。当然，前提是恒水压作功。

到这里，就需要弄清楚楼主设计这个结构的目地是什么了。
作者:zms9439 时间:2013-12-4 17:02
楼主也是做石油机械的呀？在哪里
作者:boa65432 时间:2013-12-5 13:50
这个需要的缓冲能量太大，能否考虑在井底先放一定深度的水，使用液体缓冲呢？
作者:扬头 时间:2013-12-5 19:56
打死你 发表于 2013-12-3 11:04
我看图不认真，理会错大侠的意思了，对液压了解不是很多，当螺钉断裂后，压力肯定会变小，具体怎么变化，和 ...

一起下降过程中水压变化吗，仪器和井壁之间有没有摩擦，要算加速度还有到达井底的冲量，还有你选的弹簧的最大伸缩量
作者:铜锣 时间:2013-12-6 15:35
如果下部的密封条件够的话，直接空气阻尼都可以起缓冲了，根本不需要弹簧
作者:铜锣 时间:2013-12-6 15:52
铜锣 发表于 2013-12-6 15:35
如果下部的密封条件够的话，直接空气阻尼都可以起缓冲了，根本不需要弹簧

没认真看贴，其实楼主在后面的补充中已经在考虑利用空气阻尼了，我认为这个方法最简单有效的
作者:chenqibin 时间:2013-12-7 07:42
茉莉素馨 发表于 2013-12-3 16:47
还是自己解一下吧，这个里面把第一项Q/v 换成F，就是仪器顶部受到的压力，即F=P*S。
假设这个压力是恒 ...

这算是个简单的数学模型吧，大侠可有这方面的入门资料？
作者:chenqibin 时间:2013-12-7 07:46
2266998 发表于 2013-12-3 15:15
看了你留言，你应该这么考虑这个问题，

1，假如压力是一个恒定压力，吊挂螺栓断裂以后，会有一个加速过程 ...

问大侠个题外话

你以前说过算轴的时候用到有限元模型，但是我现在只能根据弯矩图来计算受力的情况，然后根据已有数据决定应力集中情况。
如果形状比较复杂，或者没有现成的应力集中数据怎么办？

是在这种情况下才用的有限元吗？
作者:bobo973 时间:2013-12-8 20:13
水自身的重力应该很大，不能忽略。
弹簧要承受的力来自于螺栓断裂一瞬间失去支撑的力之和，重力和水的压力作用力转化为仪器加速度，不考虑损失，简单认为全部转接到弹簧上。
接下来算弹簧，需要注意用什么材料，能不能加工出来。
作者:cmxsn 时间:2013-12-15 18:27
http://bbs.cmiw.cn/forum.php?mod ... &extra=page%3D1帮我看下这个算的能行不？



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