弹簧设计规范

1/6弹簧设计标准一、弹簧的功能弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的构造特点，它具有屡次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后马上恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特别要求的。其主要功能有：⑴、减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。⑵、测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。⑶、储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表和自动掌握机构上的原动弹簧等。⑷、掌握运动，如掌握弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，掌握内燃机气缸阀门开启的弹簧等。二、弹簧的类型、特点和应用弹簧的分类方法很多，依据所承受的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；依据外形的不同，弹簧可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘形弹簧和板弹簧等；依据使用材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧。各种弹簧的特点、应用见表1。名称弹簧简图特点及应用名称弹簧简图特点及应用名称弹簧简图特点及应用簧图(a(b)泛碟形弹簧承受压力，缓冲及减振能力强，常用于重型机械的缓冲和减振装置。承受压力，是目前最强的圆柱形承受转矩主要用于各 种装置中的压紧和蓄能 弹簧压缩、缓冲弹簧，常用于锻压设备和机械中的缓冲装置。圆锥形簧承受压力，构造紧凑，和减振的场合盘簧承受转矩，能储存较大的中的弹簧。板弹簧的悬挂装置。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。故本章主要表达这类弹簧的构造形式、设计理论和计算方法。三、弹簧使用的材料及其用途弹簧钢的的主要性能要求是高强度和高屈服极限和疲乏极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳他们可以增加钢的淬透性和屈强比。弹簧材料使用最广者是弹簧钢〔SUP〕。碳素钢用于直径较小的弹簧，工艺多为冷拔成型，如：65#，75#，85#。直径稍大，需用热成型工艺生产的弹簧多承受60Si2Mn，如汽车板簧，铁路车辆的缓冲簧。对50CrV65Mn,50CrMn,30W4Cr2Va、碳钢及合金钢：制造弹簧时，常加矽、锰、铬、钒及钼等金属元素于钢中，以增加弹簧之弹性及疲乏限度，且使其耐冲击。b780度～850度左右400～500c、小型弹簧，先经退火，再用冷作加工，捲成后再经硬化回火，如钢丝、琴钢丝或钢带。d、琴钢丝是属高炭钢材〔0.65～0.95%〕制造，杂质少，直径常小于1/4时经过轫化处理后在常温抽成线，其机械性质佳，抗拉强度及轫性大，为优良的螺旋弹簧材料。e、不锈钢丝用于易受腐蚀处，承受高温可用高速钢及不锈钢。f0.6～0.7%应含锰，0.6～1.0%常用于螺圈弹簧。项 目项 目码概略组成主要用途及特点单价级别回火温度热后颜色6其它如油回火线、白铜线及其它线材，不常用，适用于航天科技。SWC+Ni。常需特别制做，造价昂贵。1SUS302WPBSUS304WPBC(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)、Ni(镍)、Cr(铬)、Mo(钼)簧等，耐热、耐蚀。备，原子力，耐热耐蚀。中300°～480°之间〔视线径之大小〕色2线SWCSWBC(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)后要外表处理或加防锈油。低200°～400°之间〔视线径之大小〕淡茶色、茶蓝色、褐色3线SWPASWPBC(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)、Cu(铜)般用于电池弹簧、开关弹簧处理或加防锈油。高200°～400°之间〔视线径之大小〕同SWPASWPB4线C1720WBe(铍)、Mn(锰)、Ni(镍)、P(磷)[Cu(铜)+Sn(锡)+P(磷)]Ni(镍)+Co(钴)耐蚀性佳，于时效硬化处理前，富于展性时效硬化处理〔外表镀银、金〕。特高150°~200°黄色5铜C5191WSn(锡)、Zn(锌)、P(磷)〔镀较高150°~200°黄色金、银〕。弹簧常在变载荷和冲击载荷作用下工作，而且要求在受极大应力的状况下，不产生塑性变形，因此要良好的热处理性能等。常见的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢和铜合金。几种主要弹簧材料的使用性能和2。材料类别牌号材料类别牌号许用应力[r]MPaⅠ类 Ⅱ类 推举使用温度/℃推举硬度范围特点及应用丝丝QSi3--1QSn4--3270360450-40-120价廉易得，热处理后强度较高，但弹簧适用于制造受重载的大弹簧。荷的弹簧承受重载荷的弹簧质影响的弹簧48-53HRC 耐腐蚀，防磁，适用于机械或仪表90-100100HRC中的弹簧C、D0.3h0.4h0.5h-40-12060SiMn480640800-40-20050CrVA450600750-40-21045-50HRC60SiCrVA57076095045-504CrI3450600750-40-300在选择材料时，应考虑弹簧的用途、重要性、工作条件〔如载荷性质、大小及循环特性，工作温度和四周介质，工作时间等、加工方法、热处理和经济性等诸多因素。如碳素弹簧钢的价格低，强度高，性能好，广泛用于受静载荷和有限作用次数变载荷的小弹簧；合金钢的强度高，弹性好，耐温高，适用于尺寸较大及承受冲击载荷的弹簧；不锈钢耐腐蚀、耐高温，适用于在腐蚀性介质中工作的弹簧；铜合金的耐腐和抗磁性好，但强度低，适用于受力较小而又要求有耐腐蚀和防磁的弹簧。表3为优质碳素弹簧钢丝的尺寸系列和抗拉强度极限，供设计时参考。非金属弹簧的材料主要是橡胶，另外还有塑料、软木和空气等。弹簧材料的许用应力与材料种类、载荷性质、热处理方法、弹簧丝尺寸，弹簧的工作条件和重要程度有关，弹簧的许用应力按受变载荷循环次数的状况不同分三类〔见表；循环次数在16以上的重要弹簧〔如内燃机阀门弹簧和电磁闸瓦制动弹簧等〕为Ⅰ类；循环次数在103-106之间及受冲击载荷的弹簧〔如调速器弹簧和一般车辆弹簧等〕为Ⅱ类；循环次数在103以下的弹簧〔如一般安全阀门弹簧和磨擦式安全离合器弹簧等〕为Ⅲ类。碳素弹簧钢的强度高、性能好，供给充分，应用广泛，适于制造弹簧丝直径d≤13mm的弹簧。依据用途分为三级：B〔d＝0.08-10mm〕用于低应力弹簧；C级d＝0.08-10mmD〔d＝0.08-6.0mm〕用于高应力弹簧。碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限σb3。3GB4357-89〔GB/T1239.6-92〕单位：MPa钢丝直径d/mmB级C别D钢丝直径d/mmB级C别D1.001600196023004.51320152016201.21620191022505.01320147015701.41620186021505.51270147015701.61570181021106.01220142015201.81520176020236.31220142015202.01470171019107.011701370-2.21420166018108.011701370-2.51420166017609.011301320-2.813701620171010.011301320-3.013701570171011.01080127012703.213201570171012.01080127012703.513201570166013.01030122012204.0132015201620四、弹簧设计资料记号名称单位记号名称单位记号名称单位d材料直径mmk弹簧定数kgf/mma1腕长(作动点)mmD弹簧平均径mmτ应力修正kgf/mma2腕长(固定点)mmNa有效圈数δ变量mmE弹性系数kgf/mmL自由长mmPi初张力kgfSUS 19,000kgf/mmM密着长mmK应力修正系数-SWP 21,000kgf/mmG横弹性系数kgf/mm2e弹簧指数D/d-kTd弹簧定数kgfmm/degSUS7000kgf/mm2L自由长mmσ弯曲应力kgf/mmSWPA、B8000kgf/mm20a自由角°P点作动点-SUWCφd使用的角(变量)°P固定点-0P弹簧荷重kgfR荷重作用半径mmkb弯曲修正系数-压缩弹簧(无研磨) 压缩弹簧(研磨)弹簧定数：K=〔G×d4〕/〔8×D3×Na〕弯曲应力：τ=〔8×D×P〕/〔πd3〕×KK=〔4C-1〕/〔4C-4〕+0.615/C荷重：P=K×δ〔安全确认〕安全角〔间隔角14弹簧指数：4—13扭转应力：容许限界以下第1荷重A0.8L第2荷重B1.2M荷重：P=kδ+Pi初张力：Pi=〔πd4G〕/〔800D2〕弹簧定数：K=〔Gd4〕/〔8D3Na〕弯曲应力：τ=〔8DP〕/〔πd3〕×k自由长：L=d(N+1)+2.2(D-d)0〔安全确认〕扭转应力：容许限界以下弯曲应力：容许限界以下〔最大引张时〕

引张弹簧扭力弹簧(臂长度的场合)弹簧定数不清：kTd=〔Ed4〕/[3667D×N+389(a1+a2)]荷重：P=〔kTd×φd〕/R弯曲应力：σ=〔Ed×φd〕/〔360D×N〕σ=〔32P×R〕/〔πd3〕×kb(安全确认)：kb=〔4C2–C-1〕/[4C(C-1)]弯曲应力：容许限界以下、弹簧设计使用的根本公式、压缩弹簧与没有初始张力的拉伸弹簧、有初始张力的拉伸弹簧+、设计弹簧时应考虑的因素+G材料不锈钢丝、有效圈数压缩弹簧

符号SUP6,7,8,9,9A,10,11A,12,13SW-B,SW-CSWPA,SWPBSWO,SWO-V,SWOC-V，SWOSC-V,SWOSM,SWOSC-BSUS302,SUS304,SUS304N1,SUS316SUS631J1

G〔N/mm2〕78x10378x10378x10378x10369x10374x103分别表示螺旋两端的端部磨平圈数a-c中闭口型，X=X=11 2d-f中开口型，X=X=0.751 2拉伸弹簧：N=Na t、螺旋端部外形〔a〕闭口端〔无磨削〕 〔b〕闭口端〔磨削〕 〔c〕闭口端〔锥形〕〔d〕开口端〔无磨削〕 〔e〕开口端〔磨削〕 〔f〕开口端〔锥形〕〔g〕3/4〔无磨削〕〔h〕正切尾端〔无磨削〕〔i〕抽头尾端〔无磨削〕4.2.3、应力修正系数相对于弹簧指数c的应力修正系数取决于下式或图、其它应考虑的事项⑴、弹簧指数c：弹簧指数减小会导致局部应力过大。另外，弹簧指数较大或较小时，加工性也成问题。因此，热轧成型时，弹簧指数可在4～15的范围内选择。冷轧成形时，弹簧指数可在4～22的范围内选择。⑵、纵横比：为了确保有效圈数，压缩弹簧的纵横比〔自由高度与螺旋平均直径之比〕可设定为0.8以上，另外，在考虑到端部磨平圈的状况下，一般可在0.8～433⑷、节距：节距超过0.5D时，由于螺旋直径通常会随着绕曲量(负载)的增加而发生变化，需要对利用根本公式求出的绕曲量与扭转应力进展修正，因此应将节距设定为0.5D五、弹簧电镀相关资料NO外表处理简洁工艺介绍NO外表处理简洁工艺介绍镀后颜色用途1镀金(Au)除油→酸洗→镍底→金色降低接触电阻，耐磨镀金→烘干耗，保真效果。除油→酸洗→打铜底2硬度高，耐磨性好，2 镀铬(Cr) 次(碱铜、酸铜)→镍底天蓝色反光力量强，有较好→镀铬→烘干的耐热性。①0.04~0.06μm薄 24H以上②1.2~1.5μm0.5μm

24H

→镀银→烘干

银色 性(金属中)佳，导热率佳。

连续喷镍3~5μm 8H,WKSIJL银0.04~0.06μm 准)24H以上JIS(Ni)

电解 镀)

白色

3~5μm