基于VBA彈簧位移與壓力(拉力)的計(jì)算

彭志剛

（ 江蘇東成工具有限公司 江蘇啟東 226244）

基于VBA彈簧位移與壓力(拉力)的計(jì)算

彭志剛

（ 江蘇東成工具有限公司 江蘇啟東 226244）

利用VBA編程，實(shí)現(xiàn)了彈簧彈力與位移關(guān)系的自動(dòng)化計(jì)算，大大提高了機(jī)械設(shè)計(jì)人員工作效率。

VBA 彈簧彈力 位移

1 引言

電動(dòng)工具中，彈簧的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，也十分重要。例如碳刷的壓縮彈簧，其彈簧壓力設(shè)計(jì)的好壞，直接影響電機(jī)的火花，最終會(huì)影響到電機(jī)的使用壽命。又如電錘、水鉆脫扣裝置中的壓簧設(shè)計(jì)得是否合理，最終會(huì)影響到產(chǎn)品的安全使用。因此，在電動(dòng)工具的設(shè)計(jì)中，彈簧的應(yīng)用須特別注意。

2 傳統(tǒng)的彈簧計(jì)算

傳統(tǒng)的彈簧計(jì)算是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的公式，將彈簧參數(shù)代入公式中，通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，得出某個(gè)位移與應(yīng)力之間的關(guān)系：

式中 F—彈簧的工作載荷，N

G—彈簧的切變模量，MPa

f—工作載荷下的變形量，mm

d—彈簧材料的直徑，mm

D—彈簧中徑，mm

n—彈簧的有效圈數(shù)

在彈簧設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)給出彈簧的工作條件、工作載荷F和對(duì)應(yīng)的變形量f，其計(jì)算步驟大體是先根據(jù)工作條件確定彈簧類型，選擇材料，查取彈簧的切變模量；然后在5～8范圍內(nèi)初步選取旋繞比，計(jì)算彈簧中徑D與彈簧材料的直徑d。按此步驟反復(fù)計(jì)算，比較不同的結(jié)果，選取最優(yōu)方案。因此上述公式要多次運(yùn)用，所以計(jì)算量非常繁瑣，而且容易算錯(cuò)。

3 基于VBA程序彈簧壓力的計(jì)算

（1）打開VB程序，選取標(biāo)準(zhǔn) EXE，然后點(diǎn)擊打開按鈕，如圖1所示。

圖1

（2）在窗體（Form1）中加入七個(gè)標(biāo)簽Label1、Label2、Label3、Label4、Label5、Label6、Label7。在上述七個(gè)標(biāo)簽的屬性中分別將Caption屬性設(shè)為“江蘇東成工具有限公司”、“切變模量”、“彈簧線徑（mm）”、“有效圈數(shù)”、“位移（mm）”、“彈力（N）”，如圖2。

圖2

（3）在上述標(biāo)簽后面依次加入六個(gè)文本框text1、text2、text3、text4、text5、text6，并將上述六個(gè)文本框?qū)傩詔ext后面的屬性字符去除，如圖3。

圖3

（4）在圖3中加入三個(gè)命令按鈕：Command1、Command2、Command3，如圖 4。

圖4

依 次 將 Command1、Command2、Command3的Caption屬性設(shè)為“計(jì)算”、“退出”、“打印”。

雙擊Command計(jì)算命令按鈕，在“計(jì)算”命令按鈕添加代碼：Text6.Text = (Text5.Text * Text1.Text * Text2.Text ^ 4) / (8 *Text3.Text ^ 3 * Text4.Text)，用來(lái)計(jì)算彈力的大小。

雙擊退出命令按鈕，在“退出”命令按鈕添加代碼：Unload Form1，用來(lái)退出程序。

雙擊打印命令按鈕，在“打印”命令按鈕添加代碼：Form1.PrintForm，用來(lái)打印該窗體。

（5）最后打開文件菜單，點(diǎn)擊生成彈簧計(jì)算.exe(K)，生成可執(zhí)行文件，如圖5。

圖5

4 應(yīng)用案例

一款電錘離合器壓簧的設(shè)計(jì)。工作原理是：正常工作時(shí)，螺旋齒輪1作為主動(dòng)輪帶動(dòng)螺旋齒輪2旋轉(zhuǎn)，螺旋齒輪2通過(guò)端面離合齒帶動(dòng)離合盤一起旋轉(zhuǎn)，離合器盤通過(guò)內(nèi)花鍵帶動(dòng)轉(zhuǎn)套旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電錘的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)螺旋齒輪2旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中遇到過(guò)量的負(fù)載，螺旋齒輪2承受的軸向壓力大于壓簧的壓力時(shí), 離合器盤向左移動(dòng), 離合器盤與螺旋齒輪2離合，轉(zhuǎn)套停止轉(zhuǎn)動(dòng)。即當(dāng)工具堵轉(zhuǎn)超負(fù)載時(shí)，電錘停止旋轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，可防止操作者被工具扭傷的危險(xiǎn)。如圖6。

圖6

打開生成的彈簧計(jì)算.exe文件，在切變模量標(biāo)簽后面的文本框中輸入彈簧的切變模量79000。根據(jù)該款電錘空間安裝尺寸及壓力為191N的需求，可設(shè)計(jì)出一個(gè)如下參數(shù)的彈簧。在彈簧線徑標(biāo)簽后面的文本框中輸入彈簧的線徑4，在彈簧中徑標(biāo)簽后面的文本框中輸入彈簧的中徑34.5，在有效圈數(shù)標(biāo)簽后面的文本框中輸入彈簧的有效圈數(shù)2，在位移標(biāo)簽后面的文本框中輸入彈簧的位移6.2，點(diǎn)擊計(jì)算命令按鈕，則在彈力標(biāo)簽后的文本框中會(huì)自動(dòng)計(jì)算出彈力值190.8，符合設(shè)計(jì)要求，如圖7。

圖7

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用VBA編程，實(shí)現(xiàn)了彈簧計(jì)算的自動(dòng)化，創(chuàng)建了人機(jī)交互界面。在已知切變模量、彈簧中徑、彈簧線徑、有效圈數(shù)、位移的情況下，任意調(diào)整其中參數(shù)，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕，就可以很快顯示彈簧的彈力。可以點(diǎn)擊“打印”按鈕，便于保存計(jì)算結(jié)果。

[1]龔沛曾，陸慰民，楊志強(qiáng).Visual Basic 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明教程. 高等教育出版社，2007

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第3卷.化學(xué)工業(yè)出版社，2008