各类弹簧设计流程

1、各类弹簧设计流程revised as of 23 novumuu 2020各类弹簧设计流程装置空间：设计一压缩弹簧必须清楚了解，所需装置弹簧的空间，方能有效掌握一压缩弹簧 之基本制造条件，外径、内径、自由长。活动行程荷重：压缩弹簧的设计，必须清楚了解要 作动的位置，及所需承载之弹力。定出位置了解所需的弹力，则可决定材质、线径、圈数。 环境因素：弹簧于不同环境下作动，会受环境因素的影响，而影响到使用寿命，故设计者必 须考虑到环境温度及湿度之变化，温度对弹簧的寿命影响甚巨,湿度则容易使未表面处理的 弹簧产生氧化。故环境因素可决定该弹簧是否需作表面处理及材质的选定。两端距离空间： 拉伸弹簧两端点将影

2、响到挂勾之形式及拉簧的自由长。空间则可决定密着部的尺寸、外径。 预拉之荷重：预拉之荷重则决定弹簧的材质及线径，密着部的尺寸则可调整预拉长度。心轴 之外径：扭簧内径的订定得依心轴的大小而决定，但需考虑扭转后,簧体之变化，故得预留适 当之裕度。装置空间之内径：若一扭转弹簧之装置采送入式则需考虑跌入式之空间。空间则 决定簧体的外径、自由长、圈数。扭转支点：扭簧作功时必须有一支点,此一支点可决定. 扭杆的长度及形式。作动之起终点：施力扭杆在未作功时与支点的角度位置,可明订出施力 扭杆的长短、形式及与支点杆的角度。这两天搞圆柱螺旋压缩弹簧设计，而想到的设计时，我们用到的参数有：材料的抗拉强度（或剪切强度

3、），弹性模量（或剪切模量）及 弹簧的几何尺寸。出于疲劳的考虑，而设定弹簧的极限工作载荷。整个计算、选参数的过程并未考虑热处理对弹簧产生的影响。从中是否能说明，热处理并不 是很影响弹簧刚度等参数，是否可认为热处理不影响弹簧的弹性模量（或剪切模量）。至于热处理为什么重要我想是不是因为热处理改变的是材料的屈服强度，热处理没做好的弹 簧，很容易发生永久性的变形，不可恢复，这是一种屈服失效。由此我们可否认为：真真设 计合理的弹簧，在正常工况下，超寿命使用.若要发生失效，只能是疲劳失效，也就是发生 脆断。1. 3圆柱螺旋压缩、拉伸弹簧的设计计算发表日期：2009年4月15日 出处：机械设计网络课程 作者：

4、不详【编辑录入：szthcn73.1几何参数的计算如图7.4和图7.5所示，圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：外径d、中径d2、内径d、节距七螺旋 升角口及簧丝直径d等。弹簧的旋向可以是右旋或左旋，一般用右旋。几何尺寸计算公式见表7,3。表7.5旋绕比c和曲度系数k项目参数选择艇绕比c一般按下述范围选择：热卷弹簧4-10冷卷弹簧4-14刚度系数k叱 4c-10.615k =+4c - 4 c普通弹簧的结构尺寸见表匕6鄢3圆脚解翻财计算螂c掰, rs zn监城廉定湍二年弹冷三 ; x般;球赳i=l 11，.1 .c = d d访泮落圣. ：f q jj 一二z?ir.r 4c-l o.151uj业0

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6、7.3.2特性曲线弹簧应在弹性变形范围内工作。当承受轴向载荷f时，弹簧将产生相应的弹性变形h表示载荷与变 形关系的曲线称为弹簧的特性曲综时于等节距的圆柱瞟旋弹簧，其变形九与载荷f成正比，因此它的特性曲线是一条直线。如图7.7所 示。图中”由为最小工作载荷，即弹簧在安装位置时所受的压力，使弹簧能可靠地稳定在安装位置 上，对压蓊电簧，也在（0.20.5小遍范围内选取；。然为最大工裾麻在k1作用下，弹簧丝的 最大应力,不应超曲科的许用应加 小加为例瞭荷，艮哒蒯科剪切麟极限述载荷； %为打皿分别为对应于上述三种裁荷作用时的弹簧高度；wn, toax, mimo分别对应于上述三种效 荷作用时的弹簧变胫量

7、。对压缩弹簧，为了在max作用时弹簧不致并肾，规定加iax40.8破如图7.7所示，弹簧的刚度k为k =工工二二4 4 常数在加载过程中，弹簧所储存的能量为变形翻即图匕呻小方格表示的面机在弹簧工作图也应 绘制弹簧的特性曲缥作为检验弹簧时的依据之一。7.13圆柱螂旋压缩.拉伸弹簧的应力与变形l弹簧的应力圆在螺旋压缩及拉伸弹簧的外载荷相沿弹簧的轴线作用，它们的应力和变形计算是相同的。现以螺 旋压缩弹簧为例进行分析。 9弹簧叁的应力7-8弹簧受力分析图7.嘶示为一圆柱懒压缩弹簧。弹簧丝是圆截面的，直径为d。弹簧中径口2；螺旋升角为引通 常，弹簧的螺旋升角施小（90）,所以可以近腕也认为通过弹簧轴线的

8、截面就是弹簧骄法截面。根据 力的平衡可知在此截面上慨着剪力f和扭矩了t二即/2。如果不考虑弹簧笆的弯曲，可按直杆计算。以皿表示弹簧丝的极截面系数，则扭矩了在截面上引起 的最大出切应力（图7.9）为t fdj2 sfj:7一就116一百7若前力f引起的切应力为网匀分布，则切应力弹簧丝截面上最大切应力 发生在其内侧，也就是靠近弹簧轴线的一侧，其值为,“ 8fd. 4f 8fd” d、口诚板就 2d，则弹赳截面上的最大切应力为_ sfcz1 05、z二卞q+方)就 c (17-2)式中,嚼为旋绕比（成牌指数），是衡量麒曲翎主要参期为了使弹簧襁颤动利过软，c 值不以太尢为了避免卷统时弹簧受到翩鸾曲，c

9、值又不应太小。c值的选值可参磕4表a 4圆柱嘱旋弹簧的常用弹簧指瓶弹甦直径d/mm0.2-0.40.5-11.1-2.22.5-67-1618-40c7-145-125-104-104-84-6为了考虑弹簧升角和曲率时弹簧丝应力的影响，现引入一个曲度系数k，则弹簧丝截面内财最大切 应力及其强度条件为(7-3)8fc，一%”守士国式中弹簧的曲度系数呵按下式计算沙 4c-1 0.615(7-4)k =+4c-4 ck值也可根据旋绕比唯直接雁7仲查得。2.弹簧的变形在轴向莪荷f的作用下,弹簧产生轴向变形量储见图72, a,今截取微段弹簧丝（如图7.12, b所 示），当弹鹦旋升角a很小时，微段产生的

10、轴向娜为嘛峻耀为22 gl g /静g蒯椰胡醴量帆g啾1磔/棚,施o4x104n/皿2),剧婿号翻洞前群0u2献的翅7.13反编弹簧的fil弯及防止髓的措施弹簧的刚度k为,f ggdk =z叫为8clx由式（176）可以看出，弹簧刚度k与c、g、痂侑关，其申旋绕比c对弹簧刚度的影响最大。3.压缩弹簧的稳定性压缩弹簧的长径比b二太大时，可能在受裁时失稔发生侧弯，导致弹簧失她如图1匕13,新示。为了保证压缩弹簧的稳定性，弹簧长径比b不应超过许用值，bp：两端固定的弹簧b5,3； 一端固定 另一端校支的弹簧仪3,7；两端炯自由转动的弹簧b2.6当b大于i锡值时，应在弹簧的内侧加导向杆 或在外侧加导向

11、套加图713, b）导向秆、套与弹簧间应有适宜的间隙（直径间隙c值按表7.5选取），工 作时需加涧滑微表7.5导向杆（套）与弹簧间的间隙中径d2/mm5-1010-1818-3030-50508080-120120-150间隙c/mm0.6124ua设计计算减姗姗端跚蹴有嬲的艘船敖酸瑞性的瓢（嘛跚躲件）;h诩博都己螭件通翻;襁景大工嘟砸蜘:1瞬就面懈撇工作融妥加喘。-a卜麟嬲计耦喇雌 航哪主嬲&即必雕砥摘尺寸,揩解簧 性钻工作既斯喇 搬工除糊苣宜的麒郴幡琳 独运腿力、变 松谛定麒的操参期最后就麒的舵轴尺寸嫖鳏开修备求麒维硼,因为i领龙力团和旋纳晚屿赞缜都有关,所嘘明船。, 1改比海瓢雕颗璘麒丽

12、舸自由辆u撇瓢麒的雌不灯3。叫弹簧搬醵大工律翩黜,相酬滕魏量那则最小工作棘制脚相郦豚魏量为 1加，搬计除氟雕，岁e怙逑.懒工作籍藤棉井艇鼾腿力置麒橄甄属于喉麒。珊帆除2时腾由制造希(2) bsowwo嬲飒懒盼55则蛾（h熠40-1 0.615 4 )5.5-1 0.615+4c-4+三4/一4 5.5 1.2s取弹簧直径dmniffio确定谴后即可按其计算弹簧的中径和外径，徵d. - cd - 5.5 x 4 二 21mm 工。+ d = 22 + 4 = 26阳明 30 m”符合要求)根据刚度条件，计算弹簧有效圈数n弹刑度f 涮k = -=七：/二-洛小二15由式（7-6）可解得=瑞=给=邳绘&酒计算弹簧的其它尺寸内径 4 二= 22-4 = 18即5之二二一一二工网阴阳| 间距 0.脑 0.8 x 6.5取5二3胡阴节距t = 5+d = 3