恒力弹簧支吊架的设计计算

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1、亘力弹簧支吊架的设计计算陈丽华(沈阳工程学院机械工程系，沈阳110136)摘要：热力发电厂中的蒸汽管道、水管热位移很大，为了避免管道系统产生危险的弯曲应力，影响管道设备的安全，可采用恒力支曲结构。研究了主辅弹簧式恒力支曲架的工作原理，并以某一型号恒力支用架为例，对曲架中的主弹簧及摆动凸轮进行设计计算，为主辅弹簧式恒力支吊架的设计提供参考。关键词:恒力吊架；弹费；凸轮曲线中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号：1002-2333(2011)06-0024-02DesignandCalculationofConstantSpringHangersCHENLi-

2、hua(DepartmentofMechanicalEngineering,ShenyangInstituteofEngineering.Shenyang110136,Chin勿Abstract:Theheatdisplacementofvaporandwaterpipeinthermodynamicspowerplantscanbeverybigtoaffectthesafetyofpipedevices.Constantspringhangersarewidelyusedinordertoavoidbendingstress.Theequilibriurrp

3、rincipleofmain&compensatingspringsconstanthangersisstudied.Basedononetypeconstanthanger,themairspringandcamsaredesigned.Thecalculationresultprovidesreferencesforthefinaldesignofconstanthangers.Keywords:constanthangers;spring;curveofcams1引言热力发电厂的气管、水管以及化工行业的管道系统内悬吊点的热位移很大，为了避免管道系统产生危险

4、的弯曲应力，被支撑的管道设备需要获得恒定的支撑力。恒力支承是一种支承力不随支承力方向的位移发生变化的柔性支承。U前，我国主要采用连杆式恒力弹赞吊架，两者都是依据力矩平衡的基木原理进行设计的。无论三连杆还是四连杆恒力支承，其结构相对承载吊杆是不对称的，它使支吊架的生根复杂化，位移中承载吊杆端部有一定的水平摆动，影响了吊杆的垂直度，过大的摆动会影响恒定度，也会给管道带来附加力。一些电厂在机组投运后，吊架的恒力弹簧发生严重的“翘尾‘耳卡死现象，使恒力弹簧吊架无法正常运行，主蒸汽再热热段、再热冷段管道’下沉’严重，这主要是与该类产品采取’开放'式结构有相当的关系。近年來

5、，一种新型的主辅弹簧式恒力支吊架在国外得到应用，并显示出巨大的优越性：（1）该结构对称，承载吊杆不发生水平摆动，有利于管道支吊架的布局和受力；（2）该结构更为紧凑，容易实现产品关键零部件的“封闭’设计，从而保证了产品的质量和寿命O2主辅弹簧式恒力支吊架工作原理主辅弹簧式恒力支吊架的工作原理如图1所示。吊架主要由主弹簧、两辅助弹簧和两摆动凸轮组成。两辅助弹簧和摆动凸轮分别设置在主压缩弹费的两侧。主弹簧压缩吋的力-位移特性曲线为三和形，辅助弹簧和摆动凸轮板在运动中可将此三角形切补成矩形，达到恒力输出的结果。rti图1可以看岀，载荷直接作用于主弹簧上，当主弹簧向下移动

6、时，主弹簧上的小轮沿摆动凸轮移动，主、辅压缩弹簧产牛•的力均呈线性变化，主弹簧产生的力始终呈线性增大。小轮由最上端向下移至凸轮顶点过程中，辅助弹簧产生的合力山最大值逐渐减小。当小轮到达凸轮顶点吋，辅助弹赞产生的合力为零,这吋只有主弹赞承受载荷。在凸轮顶点下方，辅助弹费产生的合力方向相反。主.辅压缩弹费产牛的两组力叠加，从而实现恒力支吊架在移动范围内输出为恒力。恒力支吊架的基木参数:载荷范围为10000-18000N,行程为150~250mm。恒力支吊架的设计主要包括以下几部分：箱体、弹簧.主轴、摆动凸轮及其它构件。其中设计过程中最重要的是主弹赞和摆动凸轮的设计，

7、本文主要介绍主弹赞和摆动凸轮的设计。3恒力吊架主弹簧的设计（1）设计条件弹簧刚度k二円丫T40N/mm入2-人式中，弹簧所受最小载荷,即预压载荷,N：F2-弹费所24I机械工程师2011年第6期学术戈流理论/研发/设计/制造ACADEMIC=8.27«8.5圈=167>140N/mm受最大工作载荷，N；入厂弹赞在初始位置的压缩量,mm；入2■弹赞最大工作位移‘mm。(2)确定弹赞材料为60Si2Mn,载荷类型：HI类，许用切应力M=740MPa,弹簧材料切变模显G=80GPao(3)确定弹簧丝直径d>1.6

8、

9、晳f根据结构设计弹簧中径取D=140mm,旋绕比C=

10、6,弹簧曲度系数查表得K