基于VBA弹簧位移与压力(拉力)的计算

时间：2024-07-28

彭志刚

（江苏东成工具有限公司江苏启东 226244）

基于VBA弹簧位移与压力(拉力)的计算

彭志刚

（江苏东成工具有限公司江苏启东 226244）

利用VBA编程，实现了弹簧弹力与位移关系的自动化计算，大大提高了机械设计人员工作效率。

VBA 弹簧弹力位移

1 引言

电动工具中，弹簧的应用相当广泛，也十分重要。例如碳刷的压缩弹簧，其弹簧压力设计的好坏，直接影响电机的火花，最终会影响到电机的使用寿命。又如电锤、水钻脱扣装置中的压簧设计得是否合理，最终会影响到产品的安全使用。因此，在电动工具的设计中，弹簧的应用须特别注意。

2 传统的弹簧计算

传统的弹簧计算是根据机械设计的公式，将弹簧参数代入公式中，通过复杂的计算，得出某个位移与应力之间的关系：

式中 F—弹簧的工作载荷，N

G—弹簧的切变模量，MPa

f—工作载荷下的变形量，mm

d—弹簧材料的直径，mm

D—弹簧中径，mm

n—弹簧的有效圈数

在弹簧设计时，当给出弹簧的工作条件、工作载荷F和对应的变形量f，其计算步骤大体是先根据工作条件确定弹簧类型，选择材料，查取弹簧的切变模量；然后在5～8范围内初步选取旋绕比，计算弹簧中径D与弹簧材料的直径d。按此步骤反复计算，比较不同的结果，选取最优方案。因此上述公式要多次运用，所以计算量非常繁琐，而且容易算错。

3 基于VBA程序弹簧压力的计算

（1）打开VB程序，选取标准 EXE，然后点击打开按钮，如图1所示。

图1

（2）在窗体（Form1）中加入七个标签Label1、Label2、Label3、Label4、Label5、Label6、Label7。在上述七个标签的属性中分别将Caption属性设为“江苏东成工具有限公司”、“切变模量”、“弹簧线径（mm）”、“有效圈数”、“位移（mm）”、“弹力（N）”，如图2。

图2

（3）在上述标签后面依次加入六个文本框text1、text2、text3、text4、text5、text6，并将上述六个文本框属性text后面的属性字符去除，如图3。

图3

（4）在图3中加入三个命令按钮：Command1、Command2、Command3，如图 4。

图4

依次将 Command1、Command2、Command3的Caption属性设为“计算”、“退出”、“打印”。

双击Command计算命令按钮，在“计算”命令按钮添加代码：Text6.Text = (Text5.Text * Text1.Text * Text2.Text ^ 4) / (8 *Text3.Text ^ 3 * Text4.Text)，用来计算弹力的大小。

双击退出命令按钮，在“退出”命令按钮添加代码：Unload Form1，用来退出程序。

双击打印命令按钮，在“打印”命令按钮添加代码：Form1.PrintForm，用来打印该窗体。

（5）最后打开文件菜单，点击生成弹簧计算.exe(K)，生成可执行文件，如图5。

图5

4 应用案例

一款电锤离合器压簧的设计。工作原理是：正常工作时，螺旋齿轮1作为主动轮带动螺旋齿轮2旋转，螺旋齿轮2通过端面离合齿带动离合盘一起旋转，离合器盘通过内花键带动转套旋转，从而实现电锤的旋转运动。当螺旋齿轮2旋转的过程中遇到过量的负载，螺旋齿轮2承受的轴向压力大于压簧的压力时, 离合器盘向左移动, 离合器盘与螺旋齿轮2离合，转套停止转动。即当工具堵转超负载时，电锤停止旋转动动，可防止操作者被工具扭伤的危险。如图6。

图6

打开生成的弹簧计算.exe文件，在切变模量标签后面的文本框中输入弹簧的切变模量79000。根据该款电锤空间安装尺寸及压力为191N的需求，可设计出一个如下参数的弹簧。在弹簧线径标签后面的文本框中输入弹簧的线径4，在弹簧中径标签后面的文本框中输入弹簧的中径34.5，在有效圈数标签后面的文本框中输入弹簧的有效圈数2，在位移标签后面的文本框中输入弹簧的位移6.2，点击计算命令按钮，则在弹力标签后的文本框中会自动计算出弹力值190.8，符合设计要求，如图7。

图7