弹簧设计计算过程

弹簧设计计算

已知条件：

弹簧自由长度H0=796.8mm

弹簧安装长度L1=411mm 弹簧工作长度L2=227mm

弹簧中径D=22.3mm

弹簧直径d=3.2mm

弹簧螺距P=12mm

弹簧有效圈数n=66

弹簧实际圈数n1=68

计算步骤：

（1）初步考虑采用油淬火-回火硅锰弹簧钢丝60Si2MnA C 类，抗拉强度1716-1863MPa ，切变模量G=79GPa ，弹性模量E=206GPa 。

取b σ=1716MPa 。

（2）压缩弹簧许用切应力

p τ=(0.4~0.47) b σ=(0.4~0.47)*1716MPa=686.4~806.52MPa

取p τ=686.4MPa 。

（3）由于弹簧刚度尚未可知，但是弹簧的中径、直径、有效圈数都已知。

2

.33.22==d D C =6.9688（计算值在5~8之间） 6.9688

615.046.9688416.96884615.04414+-⨯-⨯=+--=C C C K =1.2139 弹簧的最大工作压缩量Fn=795-227=568mm

由公式348D

P F Gd n n n =可得最大工作载荷34343.226685682.3798⨯⨯⨯⨯==nD F Gd P n n = 803.5758N 弹簧刚度663.2282.379834

34'

⨯⨯⨯==n D Gd P =1.4147N/mm 节距t=

66

2.35.1795)2~1(0⨯-=-n d H =11.9727≈12 计算出来的自由高度H0=nt+1.5d=66*12+1.5*

3.2=796.8mm

压并高度Hb=(n+1.5)d=(66+1.5)*3.2=216mm

弹簧最小工作载荷时的压缩量F1=795-411=384mm 则最小工作载荷3

431413.226683842.3798⨯⨯⨯⨯==nD F Gd P =543.2625N 螺旋角α=arctan(t/πD )=arctan(12/(3.14*22.3))= 0.1696弧度= 9.7174°

弹簧展开长度L=1696

.0cos 683.22cos 1⨯⨯=παπDn = 4833.3mm ≈4833mm 弹簧压并高度H b ≤n 1*d max =68*（3.2+0.03）=219.64，取值216mm

弹簧压并时的变形量为796.8-216=580.8mm

弹簧压并时的载荷为Fa=580.8*1.4147=821.6578N

（4）螺旋弹簧的稳定性、强度和共振的验算

高径比b=H0/D=796.8/22.3=35.7309>0.4

n B c P H P C P >=0' 不稳定系数C B =0.02

==0'H P C P B c 0.02*1.4147*796.8=22.5447N<n P =803.5758N 所以必须设置导杆。 导杆与弹簧的推荐间隙为3~4毫米

疲劳强度验算，安全系数p S S ≥+=max

min 075.0τττ 0τ=0.35b σ=0.35*1716MPa=600.6MPa =⨯⨯⨯⨯==

803.57582.33.221.21398833max ππτn P d KD 1690.5MPa =⨯⨯⨯⨯==543.26252

.33.221.213988313min ππτP d KD 1142.8MPa 许用安全系数p S 取值1.3

5

.16908.114275.06.60075.0max min 0⨯+=+=τττS =0.8623<1.3安全系数不够