浅析笔记本电脑使用弹簧的设计切脚机

浅析笔记本电脑使用弹簧的设计

浅析笔记本电脑使用弹簧的设计 2012 弹簧根据其作用不同，分类形式也不同。在笔记木电脑的结构设计中使用的弹簧按受力方式分类，可分为受压弹簧、扭转弹簧、拉伸弹簧。下面以笔记木电脑中电池锁紧机构使用的弹簧为例说明弹簧的设计原理及过程：1、弹簧设计的思路 (1)弹簧材质。一般弹簧材质均是弹簧钢丝，对于笔记木电脑用的弹簧而言，材料一般为SUS304／SUS301(使用SUS301材质的相对较少)。SUS304／SUS301为弹簧用不锈钢丝，这种材料耐高低温、耐腐蚀，可适用于腐蚀或高低温工作条件下的小弹簧。SUS304／SUS301这种材质的弹簧可满足笔记木中构件使用性能的需要。 (2)设计几何尺寸。对于压缩和拉伸弹簧的设计，给出弹簧的工作条件、工作载荷F、对应的变形量、旋向，便可根据工作条件确定载荷类型，查取许用的切应力，然后选定旋绕比C，计算出材料直径，并圆整为标准值。根据公式计算出弹簧中径，从面算出有效函数。最后复查并校核弹簧特性，其中包含弹簧刚度、变形量、工作载荷和试验载荷是否符合设计要求。2、弹簧设计的基本原理 弹簧设计的基本原理是胡克定律。即：ΔF=K×ΔK (其中K为弹簧的弹性系数、)。 例1：笔记本电脑中电池锁紧机构使用的弹簧为英式拉簧，其主要作用是在电池被取出之后，提供叫弹力使得电池KNOB和LATCH叫归原位。电池拆卸时，电池手柄受到外力作用在水平方向上运动，同时带动与之相连的构件在同方向上运动。在此动作过程中弹簧受到拉伸力的作用面产生变形。因此在设计此弹簧时应考虑弹簧受到的拉伸力和弹簧的拉伸变形量。弹簧的外形如图1所示，弹簧设计参数见表1。

设计时要考虑弹簧受到的拉伸力，一般设定弹簧预拉力在50一80gf(注：gf为克力，它与牛顿之间的换算关系是：1N=100gf)之间，极限位置时受力在200一250gf之间。对于设定弹簧在整个受力过程中的变形量，这要根据电池手柄的行程而定。在电池锁紧机构中电池手柄的行程可设定为为弹簧的形变量。在电池锁紧机构中弹簧除了受拉变形动作之外，还可以承受压力的变形动作，如下例。 例2：电池锁紧机构使用的弹簧是受压弹簧时，其作用为：在电池取出后，承受压力的弹簧叫弹使得电池KNOB和LATCH复位。整个机构的动作过程为在外力作用下电池于柄在水平方向上运动，同时带动与之相连的LATCH沿同方向运动，使得卡构与电池的卡构脱离，然后便可取出电池，在此过程中弹簧受压面被压缩，产生形变量。电池被取出后，在受压弹簧叫弹力的作用下，电池于柄和LATCH复位。在此设计中，应考虑弹簧的受压变形量和力，图2所示为受压弹簧的外形图，表2为受压弹簧的设计参数。

3、弹簧设计流程 (1)选择材料：SUS304／SUS301； (2)确定线径：线径d一般选定为φ0．25 mm或者φ0．30 mm； (3)定弹簧大径和小径：根据已知弹簧的轴径D，和弹簧材质直径d，弹簧和轴配合的(单边)间隙取0．1mm，弹簧的小径初值便可有式ID=D1+0．1×2，然后根据式MD=ID+d计算出弹簧中径MD，查相关手册，取MD的标准值得： 弹簧大径OD=MD+d； 弹簧小径ID=MD-d： (4)取旋向：一般取右旋； (5)确定变形量：可根据设计机构的行程确定弹簧的变形量，从而设计出弹簧各个状态的位置(在设计过程中可以产生如下参数，预压或预拉位置L1，预压力或预拉力F1，极限位置L2，极限位置拉力或压力F2)； (6)确定弹性系K=(F1-F2)/(L2-L1)； (7)确定有效圈数n=GMD／8C4K(K为切变模量)，一般设计时n不小于3圈；对于压簧来讲支撑部分的圈数n，一般取1．5、2、2．5．(对SUS304面言，G=7000 kgf／mm2，C=MD(中径)／d(线径)，对材料直径为0．2～0．4mm的弹簧而言，一般取7～1 4)，在计算出来后将n圆整，加上无效圈数，就可以得出总圈数n1； (8)用圆整出来的胛， 代入公式K：GMD／8C4n计算出K值； (9)用计算出来的K值，代入公式F=K．X知弹簧初始K度L0=F1／(K—L1)。4 结束语 总之，弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形。除笔记木电脑之外，在其他各类机械中的应用也十分广泛。如用手控制机构的位置和运动、减震和缓冲、存储及输出能量、测量力和力矩等等。因此，弹簧的设计思路与步骤不是固定不变的，应根据弹簧的功用、工作环境和使用要求等进行综合分析，并在设计过程中结合实际反复校核、检验。

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