制动器用截锥形螺旋弹簧设计与制造技术规范

制动器用截锥形螺旋弹簧设计与制造技术规范（企业标准）

1 主题内容及适用范围

本规范规定了本公司汽车制动器、助力器和各种泵类用冷卷圆截面截锥形螺旋弹簧（简称锥形弹簧）的设计与制造技术。本规范也适合于公司其它类型产品上所使用的锥形弹簧的设计与制造技术。

2 引用标准及文件

①GB/T 1805 弹簧术语

②GB/T 1239.2 冷卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件

③GB/T 4357 碳素弹簧钢丝

④GB/T 4358 重要用途碳素弹簧钢丝

⑤YB（T）11 弹簧用不锈钢丝

⑥QC/T 625 汽车用涂镀层和化学处理

⑦GB/T 1239.5 圆柱螺旋弹簧抽样检查

⑧GB 6458 金属覆盖层中性盐雾试验

3 术语和定义

截锥螺旋弹簧：呈截锥状的螺旋弹簧（以下简称为锥形弹簧）

3²1 锥形弹簧的外形尺寸

3²1²1锥形弹簧的高度

锥形弹簧的高度是指弹簧在无载荷时的高度。

3²1²2 锥形弹簧的总圈数

锥形弹簧的总圈数是指沿弹簧螺旋轴线两端间的螺旋圈数。

3²1²3 锥形弹簧的有效圈数

锥形弹簧的有效圈数是指计算弹簧载荷时的圈数。

3²1²4 锥形弹簧的支承圈

锥形弹簧的支承圈是指端部用于支承或固定弹簧体的簧圈。

3²1²5 锥形弹簧的小端尺寸

锥形弹簧的小端尺寸是指锥形弹簧有效圈小端头的曲率半径（中半径）

3²1²6 锥形弹簧的大端尺寸

锥形弹簧的大端尺寸是指锥形弹簧有效圈大端头的曲率半径（中半径）

3²2 工作负荷

锥形弹簧工作过程中承受的力称为工作负荷。

3²3 工作极限负荷

锥形弹簧工作过程中出现的最大负荷称为工作极限负荷。

3²4 试验负荷

锥形弹簧允许承载的最大负荷称为试验负荷。

3²5 极限负荷

对应于弹簧材料屈服极限的负荷称为极限负荷。

3²6立定处理

将热处理后（指最后一次回火处理后）的锥形弹簧压缩到工作极限负荷高度以下，极限负荷以上，连续多次短暂压缩，以达到稳定锥形弹簧几何尺寸为主要目的的一种工艺方法。

4 设计

4²1产品分类

按弹簧结构形式，锥形弹簧可以分为等节距截锥螺旋弹簧和等螺旋升角截锥螺旋弹簧两种。 4²1²1等节距截锥螺旋弹簧

形成簧丝有效圈的螺旋线节距是一个常量的锥形弹簧。它的外形见下图。

它的弹簧丝轴线是一条空间螺旋线，这条螺旋线在与其形成的圆锥中心线相垂直的支承面上的投影是一条阿基米德螺旋线，其数学表达式为:

R ＝R 1 +（R 2 - R 1）/n ²θ/2π

式中：R — 弹簧丝上任意一点的曲率半径；

R 1 — 弹簧丝小端头的曲率半径；

R 2 — 弹簧丝大端头的曲率半径；

θ— 由弹簧丝小端头R 1处为起始点到该弹簧丝上任意一点之间所夹的角度（弧度） n — 弹簧的工作圈数。 4²1²2 等螺旋升角截锥螺旋弹簧

形成簧丝有效圈的螺旋线升角α是一个常量的锥形弹簧。它的外形结构如下图。

它的弹簧丝轴线是一条空间螺旋线，这条螺旋线在与其形成的圆锥中心线相垂直的支承面上的投影是一条对数螺旋线，其数学表达式为:

R ＝ R1 e mθ

式中：R —弹簧丝上任意一点的曲率半径；

m—In（R

2 /R

1

）/2πn

R1—弹簧丝小端头的曲率半径；

R2—弹簧丝大端头的曲率半径；

θ—由弹簧丝小端头R1处为起始点到该弹簧丝上任意一点之间所夹的角度（弧度）n —弹簧的工作圈数。

4²2设计计算

4²2²1等节距截锥螺旋弹簧的计算公式

等节距截锥螺旋弹簧的计算公式见表1

表1

4²2²2等螺旋升角截锥形弹簧的计算公式

等螺旋升角截锥形弹簧的计算公式见表2

表2

5 技术要求

锥形弹簧应该按照经规定的程序批准的产品图样及技术文件制造，并符合以下规定的要求。5²1 极限偏差的等级

弹簧的特性与外形尺寸分偏差可以根据重要程度和载荷类型分1、2、3三个等级。各项目的等级可以根据需要分别独立选定。

5²2 弹簧特性和刚度

5²2²1 特性曲线（P- F 曲线）

上图是截锥形螺旋弹簧的特性线：弹簧承载后，在簧圈接触前，特性线为线性型，当负荷逐渐增加时，弹簧圈从大端开始逐渐接触，有效圈随之相应减少，弹簧刚度也渐渐增大，直到弹簧圈完全压并，这一阶段弹簧的特性线为非线性型。

5²2²2 刚度

锥形弹簧的刚度为变值，其圆锥角θ越大，弹簧的自频率的变化率越高，对于缓和或消除共振有利。制动器用截锥形弹簧的θ角可以大到使弹簧大端半径R2与小端半径R1的差即（R2-R1）≥ nd 。（这样还可以防止产品工作时出现簧圈相互压并或摩擦）

5²3特性的极限偏差

指定高度时的负荷P的极限偏差，按表3的规定。

弹簧特性的极限偏差也可以根据需要不对称使用，其公差值不变。

5²4尺寸及外形的极限偏差

5²4²1 小端头曲率半径的极限偏差

锥形弹簧小端头曲率半径的极限偏差按表4的规定。

5²4²2 大端头曲率半径的极限偏差

锥形弹簧大端头曲率半径的极限偏差按表4的规定。极限偏差必要时可以不对称使用，其公差值不变。

5²4²3 自由高度的极限偏差

锥形弹簧的自由高度的极限偏差按表5的规定。极限偏差必要时可以不对称使用，其公差值不变。当弹簧有特性要求时，自由高度作为参考。

5²4²4 垂直度的偏差

两端面经过磨削的锥形弹簧，在自由状态时，弹簧轴心线对两端面的垂直度按表5的规定。

表5