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以前选的弹簧被压断了,弹簧计算求助

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发表于 2013-12-3 10:26:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
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)

截图1.jpg




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!

本帖被以下淘专辑推荐:

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发表于 2013-12-3 10:47:41 | 显示全部楼层
好像好难,不懂

点评

大侠说的极是。不过这种积极的态度还是值得肯定的,哈哈!  发表于 2013-12-6 08:29
往往不懂的人才能抢到沙发,因为在别人想办法解题的空隙中你神一般的坐了过来 呵呵  发表于 2013-12-5 11:48
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发表于 2013-12-3 10:54:37 | 显示全部楼层
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?

点评

最开始水是憋在仪器上面的井眼里,井上压力表显示到7MPa的时候螺钉拉断,此时仪器往下冲,高压水才能往下继续走。这时仪器获得了速度,是不是还收到水的压力,还是速度大到抛开高压水,我没搞懂。流量大概35升/秒。  发表于 2013-12-3 11:20
要看你的泵的参数了,只有给了压力和流量,这个才能再往下算。  发表于 2013-12-3 11:07
水压力不会消失,井上的泵一直打压。我觉得螺钉拉断的时候仪器会有一个加速,这时候作用到仪器端面上的压力应该会减小一些,具体减小多少,以什么规律减小,我也说不好,比较困惑。  发表于 2013-12-3 11:04
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发表于 2013-12-3 11:04:44 | 显示全部楼层
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

点评

貌似跟冲量和动量得有点儿关系啊~~觉得这是一个冲击问题,你想吧离井底2米,跟离井底20米,对弹簧的作用效果肯定是不一样的,这不是一个静力问题吧~~~  发表于 2013-12-3 13:26
还有个仪器自重8000N哦,亲。另外,这个水压,能简单的π*30平方*7这样算么?是我想复杂了么。。。  发表于 2013-12-3 13:24
刚刚查了手册,弹簧的直径应该选20mm,中径至少80mm,其他的晚点再说,下班啦!!呵呵  发表于 2013-12-3 12:00
这是石油测井仪器,仪器最下端的缓冲装置,实际使用中出现了弹簧断裂问题。由于参数不全,且井下比较难控制,我当时也是大概选了个弹簧,另外我对弹簧的设计不是很懂。请您多指教啊!  发表于 2013-12-3 11:30
材料60Si2Mn,中径按60选吧。有效圈数我也不知道多少合适,我当时选的大概是20左右。实际仪器的弹簧中间有一个导向轴,应该不会失稳  发表于 2013-12-3 11:26
你这是做实验还是干吗啊?不是也应该关注下螺栓的强度吗?按照你的说法,按照弹簧的受力,那是压到极限的时候弹簧内部的扭力过大,相当于扭断了,而不是压溃表面。  发表于 2013-12-3 11:11
大侠,没这么大吧,怎么算的呢?  发表于 2013-12-3 11:05
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发表于 2013-12-3 12:59:44 | 显示全部楼层
收藏了 等待高手解答
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 楼主| 发表于 2013-12-3 13:32:59 | 显示全部楼层
这个帖子竟然只有4个回复,看来一涉及计算,大家都蔫了!
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发表于 2013-12-3 13:44:42 | 显示全部楼层
本帖最后由 茉莉素馨 于 2013-12-3 14:37 编辑

捕获.PNG

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。

点评

这个没有考虑在仪器往下运动时,水的动能。  发表于 2013-12-3 13:57

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参与人数 1威望 +1 收起 理由
fengtao666 + 1 热心助人,专业精湛!

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发表于 2013-12-3 15:15:09 | 显示全部楼层
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,

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谢谢998老师点拨,学生按您说的再算算看~  发表于 2013-12-3 15:26

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参与人数 4威望 +4 收起 理由
chensiqing21 + 1 问题描述清楚,显得很专业!
悟宁 + 1 思路清晰,分析透彻 拜读
zh39204128 + 1
fengtao666 + 1 拨云见日,指点迷津

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发表于 2013-12-3 15:29:46 | 显示全部楼层
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
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发表于 2013-12-3 15:38:11 | 显示全部楼层
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?

点评

力算准确了,弹簧好设计,就像99/8大侠说的,一般的弹簧设计照着流程来就行了。还有你说的后面那个考虑弹簧质量,相对于lz仪器的质量是可以忽略的,如果想算上,也可以,只是影响很小很小了,还加重了计算负担。  发表于 2013-12-3 16:08
哈哈,计算的时候都会忽略掉很多东西,像我写的这个,考虑了一下液压泵,一不小心就算错了。后面的大侠都是按那个顶部受到恒压力,也就是7mpa计算。如果你觉得可以按照你说的算,那个给个方程?  发表于 2013-12-3 16:05
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