弹簧设计基础知识
弹簧基础知识汇总
弹簧基础知识汇总
弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，并把机械功或动能转化为变形能，而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状，同时将变形能转化为机械功或动能。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。
一、弹簧的作用
•缓冲和减振。如汽车、火车车箱下的减振弹簧，各种缓冲器的缓冲弹簧等；
•控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹簧，离合器中的控制弹簧等；
•储存及输出能量。如钟表弹簧、枪闩弹簧等；
•测量力的大小。如弹簧秤，测力器中的弹簧等；
二、弹簧的分类
按受力性质弹簧分为：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。
拉伸弹簧(简称拉簧)是承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。
压缩弹簧(简称压簧)是承受向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面
多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存形变能。
扭转弹簧属于螺旋弹簧。扭转弹簧可以存储和释放角能量或者通过绕簧体中轴旋转力臂以静态固定某一装置。扭转弹簧的端部被固定到其他组件，当其他组件绕着弹簧中心旋转时，该弹簧将它们拉回初始位置，产生扭矩或旋转力。
还有两种不常见的空气弹簧和碳纳米管弹簧；
空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧，用在高档车辆的悬架装置中可以大大改善车辆的平顺性，从而大大提高了车辆运行的舒适性，所以空气弹簧在汽车、铁路机车上得到了广泛的应用。
弹簧设计规范(全)
精心整理
弹簧设计规范
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结构特点，它具有多次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。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，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。
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劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强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采用60Si2Mn，如汽车板簧，铁路车辆的缓冲簧。对于高应力的重要弹簧可采用50CrV,常用于高级轿车板簧，发动机气门弹簧等。其他弹簧钢材料还有：65Mn,50CrMn,30W4Cr2V等。
a、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劳限度，且使其耐冲击。
因此要求弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限，不易松弛。同时要求有较高的冲击韧性，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许用应力见表2。
弹簧设计及基础知识
弹簧知识简介
1、功用
1）控制机械运动（内燃机中的阀门弹簧，离合器中的控制弹簧）；2）吸收振动和冲击能量（缓冲弹簧，联轴器中的吸振弹簧）
3）储蓄能量（钟表弹簧）
4）测量力的大小（弹簧秤）
5）在电器中，弹簧常用来保证导电零件的良好接触或脱离接触。
2、种类
按受力性质，分为拉簧、压簧、扭簧和弯曲弹簧；
按形状，分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、盘簧等
压缩弹簧拉伸弹簧扭转弹簧
蜗卷弹簧板弹簧片弹簧
3、材料
弹簧材料应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性和良好的热处理性能。在选择弹簧材料时，应考虑到弹簧的使用条件、功用及其重要程度。所谓使用条件是指载荷性质、大小及其循环特性，工作温度和周围介质情况。钢是最常用的弹簧材料。受力较小又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。弹簧的疲劳强度和抗冲击强度在很大程度上取决于弹簧的表面状况，所以弹簧材料的表面必须光洁，没有裂缝和伤痕等缺陷。非金属弹簧材料主要是橡胶，近年来正发展用塑料制造弹簧。
4、弹簧制造
弹簧卷绕方法有冷卷法和热卷法。弹簧丝直径在8mm以下的用冷卷法，以上用热卷法。冷态下卷制的弹簧多用冷拉的、经预热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷成后一般不再经淬火处理，只经低温回火以消除内应力。在热态下卷制的弹簧卷成后必须经过热处理。
在弹簧制成后，如再进行一次强压处理一般可提高其承载能力25％。若经过喷丸处理则可提高承载能力20％，使用寿命2～2.5倍。强压处理是使弹簧在超过极限载荷下受载6h～48h，从而在弹簧丝内产生塑性变形和有益的残余应力，由于残余应力的符号与工作应力相
弹簧设计基础知识
弹簧设计基础知识
弹簧是一种具有弹性的零件，其具有压缩或拉伸时能够恢复原状或接
近原状的特性。在工程设计中，弹簧被广泛应用于各种领域，如机械、航
空航天、汽车、电子等。在进行弹簧设计时，需要掌握一些基础知识。
1.弹力学基础：
弹簧的设计是基于弹性力学原理的，需要掌握弹性力学的基本概念和
公式，如胡克定律、应力、应变、弹性模量等。这些基础知识是理解和计
算弹簧的重要基础。
2.弹簧的材料：
弹簧一般由金属材料制成，最常用的材料包括钢、不锈钢和合金钢等。在设计弹簧时，需要了解不同材料的力学性能，如弹性极限、屈服强度、
延伸率等。选择合适的材料可以使弹簧具有较好的弹性和耐久性。
3.弹簧的类型：
弹簧的类型多种多样，常见的包括扭簧、拉簧和压簧等。不同类型的
弹簧有不同的设计原则和应用场景。了解各种类型的弹簧的特点和应用可
以帮助设计出更合适的弹簧。
4.弹簧的基本参数：
在设计弹簧时，需要确定一些基本参数，如弹簧的工作压力、使用温度、变形量和周期等。这些参数是确定弹簧的尺寸和材料的重要依据。
5.弹簧的设计过程：
弹簧的设计过程包括计算弹性变形量、确定弹簧的几何尺寸、选择适当的材料和验证弹簧的可靠性。在设计过程中，需要根据具体的工程要求和使用条件合理选择设计参数。
6.弹簧的测试和验证：
设计完成后，需要对弹簧进行测试和验证，以确保其性能和可靠性符合设计要求。常用的测试方法包括拉伸试验、扭转试验和疲劳试验等。根据测试结果可以对弹簧进行调整和改进。
7.弹簧的应用范围：
弹簧广泛应用于各个领域，如机械传动、振动控制、减震和支撑等。在设计弹簧时，需要了解弹簧在不同应用中的特点和设计要求。
弹簧设计规范(全)
弹簧设计规范
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结构特点，它具有多次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。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，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。
⑷、控制运动，如控制弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，控制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，按照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；按照形状的不同，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；按照使用材料的不同，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。
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劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强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采用60Si2Mn，如汽车板簧，铁路车辆的缓冲簧。对于高应力的重要弹簧可采用50CrV,常用于高级轿车板簧，发动机气门弹簧等。其他弹簧钢材料还有：65Mn, 50CrMn, 30W4Cr2V等。
弹簧设计方案
弹簧设计方案
弹簧是一种具有储能性能的机械零件，广泛应用于各种工业领域。本文将针对弹簧的设计方案进行探讨，以提供一个高效可靠的弹簧设计方案。
一、设计原则
1. 负载条件：首先需要确定所设计弹簧所承受的负载条件，包括负载类型、大小和周期等。这将有助于确定合适的弹簧类型和尺寸。
2. 弹簧材料选择：根据所需的负载条件和工作环境，选择合适的弹簧材料。常见的材料包括弹簧钢和不锈钢等。
3. 弹簧类型：根据应用需求，选择适合的弹簧类型，如压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧等。
4. 尺寸计算：根据负载条件和所选材料，进行弹簧尺寸计算。这包括弹簧直径、线径、圈数等参数的确定。
5. 弹簧刚度：根据所需的弹簧刚度，进行刚度计算，以确保弹簧在工作条件下具有适当的变形和回弹性能。
6. 弹簧周期寿命：通过计算弹簧的应力和变形情况，评估其在设计寿命范围内的使用情况。
二、设计流程
1. 确定需求：明确弹簧的使用需求和工作条件。
2. 材料选择：根据工作环境和负载条件选择适合的弹簧材料。
3. 弹簧类型选择：根据需求选择合适的弹簧类型。
4. 弹簧尺寸计算：根据负载条件、材料和弹簧类型，计算弹簧的尺寸参数。
5. 弹簧刚度计算：根据需求，计算弹簧的刚度，并根据需要进行调整。
6. 弹簧周期寿命评估：通过应力和变形计算，评估弹簧在设计寿命范围内的使用情况。
7. 样品制作：根据设计结果，制作弹簧的样品，并进行测试验证。
8. 优化调整：根据测试结果，对设计进行优化调整，以提高弹簧的性能和寿命。
9. 批量生产：根据优化后的设计方案，进行弹簧的批量生产。
机械设计手册弹簧设计
机械设计手册弹簧设计
摘要：
1.弹簧设计的基本概念与分类
2.弹簧设计的主要参数与公式
3.弹簧设计的一般流程与方法
4.弹簧设计的应用实例与分析
正文：
一、弹簧设计的基本概念与分类
弹簧设计是机械设计手册中的一个重要组成部分，主要涉及对弹簧的类型、结构、材料等方面的设计。弹簧根据其形状和功能可以分为多种类型，如螺旋弹簧、圆柱弹簧、平板弹簧等。每种类型的弹簧都有其独特的应用场景和设计要求。
二、弹簧设计的主要参数与公式
弹簧设计的主要参数包括线径、弹力、自由长度、工作长度等。在设计过程中，需要根据这些参数选择合适的弹簧材料和结构。弹簧设计中常用的公式包括弹簧刚度公式、弹簧变形量公式等，通过这些公式可以计算出弹簧在受力情况下的性能参数。
三、弹簧设计的一般流程与方法
弹簧设计的一般流程包括需求分析、参数计算、结构设计、材料选择、性能分析等。在设计过程中，需要根据实际需求分析弹簧的工作环境、受力情况等，然后根据需求选择合适的弹簧类型和结构。在材料选择方面，需要根据弹
簧的性能要求选择合适的材料，并进行相应的性能分析。
四、弹簧设计的应用实例与分析
弹簧设计在各种机械设备中都有广泛应用，如在汽车悬挂系统中，弹簧用于缓冲车身与地面之间的冲击；在电子设备中，弹簧用于固定和保护元件等。通过对这些应用实例的分析，可以更好地了解弹簧设计的实际应用和性能要求。
总之，弹簧设计是机械设计手册中一个重要的领域，需要综合考虑弹簧的类型、结构、材料等因素，以实现良好的性能和应用效果。
机械设计常用件：弹簧的基础知识汇总
弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，并把机械功或动能转化为变形能，而在卸载后弹簧的变形消失并恢复到原状，同时将变形能转化为机械功或动能。
弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。
一、弹簧的作用
缓冲和减振。如汽车、火车车箱下的减振弹簧，各种缓冲器的缓冲弹簧等；
控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹簧，离合器中的控制弹簧等；
储存及输出能量。如钟表弹簧、枪闩弹簧等；
测量力的大小。如弹簧秤，测力器中的弹簧等；
二、弹簧的分类
按受力性质弹簧分为：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。
拉伸弹簧(简称拉簧)是承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。
压缩弹簧(简称压簧)是承受向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存形变能。
扭转弹簧属于螺旋弹簧。扭转弹簧可以存储和释放角能量或者通过绕簧体中轴旋转力臂以静态固定某一装置。扭转弹簧的端部被固定到其他组件，当其他组件绕着弹簧中心旋转时，该弹簧将它们拉回初始位置，产生扭矩或旋转力。
还有两种不常见的空气弹簧和碳纳米管弹簧；
空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧，用在高档车辆的悬架装置中可以大大改善车辆的平顺性，从而大大提高了车辆运行的舒适性，所以空气弹簧在汽车、铁路机车上得到了广泛的应用。
机械设计手册弹簧设计
机械设计手册弹簧设计
【原创实用版】
目录
1.弹簧设计概述
2.弹簧的分类
3.弹簧选型与设计原则
4.弹簧材料及其性能
5.弹簧几何参数的设计
6.弹簧的应力与变形
7.弹簧的疲劳强度与寿命
8.弹簧设计实例
9.弹簧设计规范与标准
正文
一、弹簧设计概述
弹簧是机械设计中常见的一种弹性零件，它能够在受到外力作用时产生变形，并在外力去除后恢复原状。弹簧在机械设备中具有重要的功能，如减震、支撑、调节等。因此，弹簧设计在机械工程领域具有广泛的应用。
二、弹簧的分类
根据弹簧的形状和功能，弹簧可分为以下几类：
1.螺旋弹簧：具有螺旋形状的弹簧，包括圆螺旋弹簧、矩形螺旋弹簧等。
2.平面弹簧：具有平面形状的弹簧，包括圆环弹簧、波纹弹簧等。
3.压力弹簧：主要用于承受压力的弹簧，如碟簧、环簧等。
4.拉力弹簧：主要用于承受拉力的弹簧，如拉伸弹簧、万能弹簧等。
三、弹簧选型与设计原则
在弹簧设计过程中，应遵循以下原则：
1.弹簧的类型应根据工作条件和设计要求进行选择。
2.弹簧的材料应具有良好的弹性、抗疲劳性和耐腐蚀性。
3.弹簧的几何参数应根据工作负荷、变形量和安装空间等因素进行设计。
4.弹簧的应力与变形应符合设计规范和标准。
四、弹簧材料及其性能
常用的弹簧材料包括碳钢、不锈钢、弹性合金等。这些材料具有良好的弹性性能、抗疲劳性能和耐腐蚀性能，能够满足不同工作条件的要求。
五、弹簧几何参数的设计
弹簧几何参数的设计主要包括弹簧的直径、圈数、自由长度、工作长度等。这些参数应根据工作负荷、变形量和安装空间等因素进行设计。
六、弹簧的应力与变形
弹簧的应力与变形是弹簧设计中的重要因素。在设计过程中，应确保弹簧在工作过程中的应力不超过其允许应力，同时考虑弹簧的变形量和变形速率，以保证弹簧的使用寿命和工作性能。
弹簧相关知识点总结归纳
弹簧相关知识点总结归纳
一、弹簧的基本特性
1. 弹性
弹簧的基本特性是具有一定的弹性，当受到外力压缩或拉伸时，可以储存能量并在外力作用结束后恢复原状。这种特性使得弹簧可以在各种机械系统中发挥作用，并且可以根据需要进行弹性形变。
2. 强度
弹簧通常需要具有较高的强度，以保证在长期使用过程中不会发生断裂或变形。因此，制造弹簧的材料通常选用强度高的金属材料，如碳素钢、不锈钢等。
3. 蠕变
在长期应力作用下，弹簧会发生塑性变形，即蠕变现象。这对于要求弹簧长期稳定工作的场合来说是一个需要考虑的因素，通常需要通过合理的工艺和材料选择来减小蠕变效应。
4. 疲劳
弹簧在长期使用过程中会受到交变应力的作用，使得弹簧材料容易发生疲劳现象。因此，对于需要长期稳定工作的弹簧来说，需要通过材料选择、热处理等方式来提高其抗疲劳性能。
二、弹簧的种类
1. 压缩弹簧
压缩弹簧是一种在轴向方向上受力产生弹性形变的弹簧，通常用于各种机械系统中，如汽车悬挂系统、工业机械等。
2. 拉伸弹簧
拉伸弹簧是一种在轴向方向上受拉力产生弹性形变的弹簧，常见于各种门窗、弹簧秤等家用和工业应用中。
3. 扭转弹簧
扭转弹簧是一种在轴向方向上受扭转力产生弹性形变的弹簧，通常应用于各种机械系统的传动装置中。
4. 波纹管弹簧
波纹管弹簧是一种利用金属波纹管的弹性形变来实现弹簧功能的特殊弹簧类型，常见于汽车减震器、阀门、管道接头等。
5. 线圈弹簧
线圈弹簧是一种将金属线材绕成螺旋状的形式，通过压缩或拉伸来实现弹性形变的弹簧，广泛应用于各种机械装置中。
6. 平板弹簧
平板弹簧是一种通过金属板材的弯曲来实现弹性形变的弹簧，通常用于各种摩擦副减振、悬架系统中。
弹簧基础知识讲座
2. 弹簧刚度P' 3. 汽车空载的高度 4. 空载高度下的负荷
五、弹簧的本钱
1. 对装配要求高的弹簧，我们在卷簧调试会出现 更多的调机废品，
2. 对一些高应力弹簧的在后面的强压工检处会进 展多个工程的控制，增加的弹簧的废品率；生产 制造，我们会在喷丸出进展特殊工艺的处理，如 增加热喷丸、应力喷丸或用大小不一样的弹丸进 展2次喷丸，这样就会增加动能和弹丸的消耗。
淬火〔800度〕：卷绕弹簧在800度以上进 展淬火处理；使弹簧组织全部马氏体化，一般 硬度在 HRC60以上
清洗：清洗钢丝外表的污物；
回火:将清洗后弹簧进展400度中温回火， 得到回火屈氏体组织，一般弹簧硬度HRC4852；
磁粉探伤：使用荧光磁粉和水的混合物喷 淋到弹簧外表，在通电后，将弹簧置于紫外线 灯光下观察，如果弹簧外表无裂纹，则磁粉均 匀分布到弹簧钢丝外表，如果弹簧外表有裂纹， 则磁粉就会集中到裂纹处，则弹簧在紫外线下 就能明显的看见一条亮线；
材料的领用：根据产品要求的百度文库用符合要求 的材料；
涡流探伤： 利用涡流场来探伤钢丝外表质 量，如果钢丝外表光滑，则它会输出稳定的数 据，如果钢丝外表有裂纹或是其他的伤痕，他 就会输出不稳定的数据，在电脑显示器上就能 明显的显示出来他的变化；
冷卷：卷绕符合作业指导书和卷绕样件要求
弹簧基本知识
一.弹簧的种类与作用:
1.弹簧的种类:
弹簧的种类很多,也有各种分类的方法,但都不具决定性:依使用材料分类:
依形状分类:
A.螺旋弹簧圆筒形、圆锤形、鼓形、桶形
B.迭板弹簧
C.扭杆
D.筒形弹簧
E.滑卷弹簧
F.环形弹簧
G.薄板弹簧
H.盘簧
I.垫圈类弹簧垫圈:有齿垫圈、波形垫圈
J.锯齿形弹簧、扣环等
1.1.依构成弹簧的材料所受应力状态分类:
A.压缩螺旋弹簧
B.拉张螺旋弹簧
C.扭转螺旋弹簧
D.其它螺旋弹簧
E.迭板弹簧
F.扭杆
G.滑形弹簧
H.薄板弹簧
I.盘簧
J.弹簧垫圈
K.线细工弹簧
L.扣环
M.环形弹簧
2.弹簧的作用:
弹簧乃机械要素之一,作成适当的形状,充分利用材料的弹性,吸收能量的能力,因而只要是弹性体,即可用为材料,极端而言,轨道、桥梁之类的构造物也可以说是一种弹簧作用,但是,用为一般机械要素的弹簧若用弹性范围少的材料,则会因小外力或变形而超越弹性限度,清除外力后仍残留变形,减少弹簧的作用;因而,弹性材料首须要求弹性越大,——亦即弹性限度高,实用上常用金属弹簧;
二.材料的选择:
弹簧是极度利用弹簧材料的弹性,当然是弹性愈高的材料愈好,不过,在实际使用时,其材料还要求物理、化学机械性性质等条件而取舍,一般其考虑因素:
1.弹性限度:
弹性限度是对材料旋加某力而变形后,消除该力时,不残留变形的最大力所相对的应力,很难测定,但相对抗拉强度高的材料,其弹性限度高,同时可通过热处理或冷间加工来改变弹性限度;
2.弹性系数:
对弹簧材料施力,产生单位应变时的应力称为弹性系数,此值为弹簧设计的基体,弹簧材料的弹性系数主要取决于其化学成分,因热处理、冷间加工而稍有变化,使用温度高时会大减少;
机械设计第15章弹簧
第一节 概述
弹簧是机械中广泛使用的零件。它是利用材料的弹性和本身 的结构特点，使其产生或恢复弹性变形时，把机械功或动能转变 为变形能，或把变形能转变为动能或机械功，所以弹簧又是转换 能量的零件。
一、弹簧的功用 （1）缓冲吸振（汽车等减震弹簧） （2）控制运动（内燃机的气缸阀门） （3）测量力的大小（弹簧秤） （4）储能及输能（钟表，枪栓弹簧）
在加载过程中弹簧所吸收的能量为变形能OAB面积
定刚度U
U
F
2
T
2
kF 2
2
kT 2
2
变刚度U
F ( )d
0
U 0 T ()d
图15.1
弹簧在工作过程中，若存在摩擦，将因摩擦而消耗一部分能量U0
U0与U的比值称为阻尼系数
即 R= U0/U
阻尼系数越大缓冲吸振的能力越强
第二节 圆柱形螺旋弹簧的结构、材料及制造
弹簧一端固定，另一端铰支时，b<3.7
弹簧两端铰支时，b<2.6
不满足上述条件时，应计算临界载荷，
并保证
FC (2 ~ 2.5)Fmax
式中 FC——不失稳的临界载荷，FC=CukFH0
CU——不稳定系数
图15.7
图15.9
图15.9
增加导向杆 和导向套可 改善弹簧的 不稳定
五、弹簧的结构设计
弹簧简介及其设计
弹簧简介及其设计
弹簧是利用材料的弹性形变进行缓冲、复位、储能的机械零件。
1.弹簧简介
1.1弹簧分类
•按结构或形状分有螺旋弹簧、板弹簧、碟形弹簧、扭杆弹簧、涡卷弹簧、片状弹簧、环形弹簧、平卷弹簧、恒力弹簧；
•按变形状况分有压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧；
•按材料分有金属弹簧和非金属弹簧。
1.2常用金属弹簧材料
1）钢线：SWC
2）琴钢丝：SWPB、SWPA
3）高碳素弹簧钢丝：SWA、SWB
4）不锈钢丝：SUS303、SUS304 、SUS302 、SUS301、SUS316 、SUS631
5）可焊不锈钢丝：SUS304（NI-COATED）
6）镀镍线：SWIC-F
7）镀锌线：Zn-SWC
8）磷铜线：PBW。
1.3弹簧常用符号与单位
1）材料直径：也叫线径，用字母d表示，单位：mm
2）中径：弹簧外径和内径的平均值，用字母D表示，单位：mm
3）外径：弹簧外部卷尺寸，用字母D2表示，单位：mm
4）内径：弹簧内部卷制尺寸，用字母D1表示，单位：mm
5）节距：弹簧两相邻有效圈截面中心线的轴向距离，用字母t表示，单位mm
6）绕旋比：弹簧中径与钢丝直径的比值，用字母C表示，C=D/d （范围5～10mm易生产），单位：mm
7）自由高度（长度）：指在没有负荷时的高度（长度），用字母Ho（Lo）表示，单位：mm 8）工作高度（长度）：指在承受负荷时的高度（长度），用字母H i（L i）表示，（i=1.2.3……),单位：mm
9）压并高度：压缩弹簧在压至各圈接触时的理论高度，用字母H b表示，单位：mm 10）展开长度：弹簧材料展开的总长度，用字母L表示，单位：mm
弹簧基础知识
（10）展开长度：弹簧材料展开的总长度，用字母L表示，单位：mm
第二十九页，课件共有36页
弹簧常用的符号与单位 （三）
（11）螺旋角：弹簧圈卷制的角度，用a或θ表示，单位：° （12）初拉力：弹簧是指拉伸SP.在卷制时开成的内力，用字母Po表
第二十一页，课件共有36页
CNC-620
XIN DA CNC-620
功能 ： ￠ 0.2- ￠ 2.3各种异
形弹簧
第二十二页，课件共有36页
CNC-8HS,26HS
KHM CNC-8HS 功能 ：￠0.2- ￠ 0.8各种
压力弹簧
ENCNC-26HS
功能 ：￠0.8- ￠ 3.0各
种弹簧
第二十三页，课件共有36页
例如：￠0.5 × ￠5.0 ×10.0 ×8N
第三十一页，课件共有36页
书 写 样 式（二）
拉簧：线径×外（内)径× 长度×圈数 ×钩环圈数
例如：￠0.5 × ￠5.0 ×10.0 ×5N ×2N
第三十二页，课件共有36页
书 写 样 式（三）
扭簧：线径×外（内)径× 角度×长度/长度×圈数
例如：￠0.5 × ￠5.0 ×180°×10.0/10.0×8N
弹簧立定处理的目的
（1）稳定几何参数尺寸 （2）增强耐疲劳强度，延长弹簧寿命
弹簧基础知识
弹簧机基础知识
一、弹簧的定义
弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。一般用弹簧钢制成。用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等，广泛用于机器、仪表中。
弹簧只是个蓄能器，它有储存能量的功能，但不能慢慢地把能量释放出来，要实现慢慢释放这一功能应该靠“弹簧+大传动比机构”实现，常见于机械表。
弹簧在机械和电子行业中的到广泛使用，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，并把机械功或动能转化为变形能，而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状，同时将变形能转化为机械功或动能。
弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。
二、弹簧的主要功能
①控制机械的运动，如：内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。
②吸收振动和冲击能量，如：汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧等。
③储存及输出能量作为动力，如：钟表弹簧、枪械中的弹簧等。
④用作测力元件，如：测力器、弹簧秤中的弹簧等。
三、弹簧分类
按受力性质，弹簧可分为：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。
按形状可分为：螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、波形弹簧、板弹簧、截锥涡卷弹簧、发条弹簧(卷弹簧)、扭杆弹簧、地弹簧、卡簧、异型弹簧等。
按制作过程可分为：冷卷弹簧和热卷弹簧(丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8毫米的用热卷法)。
按弹性元件的材料可分为：金属弹簧、橡胶弹簧、聚氨酯弹簧、液压弹簧、气弹簧、氢气弹簧等。
按弹簧丝截面的形状可分为：圆形截面弹簧和矩(方)形截面弹簧。
金属弹簧的制造材料一般来说应具有：高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢、有色金属合金（铜合金、镍合金）等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
力相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应力。
▲ 拉伸弹簧，为了便于联接与加载，两端制有拉构。
工艺试验包括：耐冲击、疲劳等试验。
三、弹簧的材料及许用应力 1、弹簧的材料 要求：高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、 塑性和良好的热处理性能。 材料：优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢、有色金属合金。 碳素弹簧钢：含碳量在0.6~0.9%之间，如65、70、85 优点：容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的强 度，适宜的韧性和塑性。 缺点：当d>12 mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的 弹簧。 合金弹簧钢：硅锰钢、铬钒钢。 优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高 的弹簧。 有色金属合金：硅青铜、锡青铜、铍青铜。
特点：弯曲应力小。适用于变载荷 的场，但成本较高。
拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。
二、弹簧的制造 制造过程：卷绕、端面加工(压簧)或拉钩制作（拉簧 或扭簧）、热处理和工艺性试验。
冷卷：d<10 mm → 低温回火，消除应力 热卷：d≥ 10 mm，卷制温度：800~1000℃ → 淬火、回火 ▲ 对于重要压缩弹簧，为了保证承载面与轴线垂直， 强压处理：将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限， 端部应磨平 并保持一定时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应
λmin λ0
λ
max<[τ
]
Fmin
λmax λlim
保证不并紧
对应的变形---λmax <0.8nδ
极限载荷--- Flim
极限变形--- λlim 一般取： Fmax ≤ 0.8Flim
Fmax Flim
潘存云教授研制
Hlim H2 H1
Fmin Fmax 常数 弹簧刚度：k min min
I II、IIa
2700 2700 2650 2600 2500 2400 2200 2000 1800 1700 1650 1600 1500 1500 1450 --2250 2250 2200 2150 2050 1950潘存云教授研制 1850 1800 1650 1650 1550 1500 1400 1400 1350 1250 1750 1750 1700 2170 1650 1550 1450 1400 1300 1300 1200 1150 1150 1100 1350 1250
24H以上
24H以上 连续喷8H,WKS IJL 16H(欧230标 准)24H以上 JIS 3H(连续喷雾) JIS 3H(连续喷雾)
3
镀银(Ag)
银色
4
除油→酸洗→打铜底 电解 (必要时)→镀镍(滚镀) 镀镍 (Ni) 无电 除油→酸洗→镍底(镍 解 磷合金化学分解)
白色
防腐性佳，焊锡， 3~5μ m 导电耐磨性。 耐蚀性好(较电解) 镀层均匀。 3~5μ m
F2 λmax δ
一、几何尺寸计算
t
α
D2
(n1+1)d (n1-0.5)d
圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算
单位：mm 参数名称及代号 中径D 内径D1 外径D2 旋绕比C 压缩弹簧厂细比b b=H0/D2 计算公式 压缩弹簧 D=Cd D1=D-d D2=D+d C=D/d 拉伸弹簧 备 注
取标准值
b在1~5.3的范围选取
两端并紧，磨平； H0≈pn+(1.5~2)d 自由高度或长度H0 两端并紧，不磨平； H0≈pn+(3~3.5)d 工作高度或长度 H1 H1 …….H1 Hn = H0 +λn
H0 =nd+Hh
Lh为钩环展开长度
Hn = H 0 + λn
λn ---工作变形量
有效圈数n
Gd 有预应力的拉伸弹簧 n=---------λmax 8(Fmax-F0) 压缩弹簧或 Gd λ 无预应力的拉伸弹簧 n=--------8FmaxC3 max
0.4σB 640
0.5σB 800
–40~120
弹性和回火稳定性 –40~200 45~50HRC 好，易脱碳，用于 制造受重载的弹簧。
有高的疲劳极限， 弹性、淬透性和回 –40~210 45~50HRC 火稳定性好，常用 于承受变载的弹簧
合金弹 簧钢丝
50CrVA
450
600
750
4Cr13 青铜丝
H0
弹簧势能 E
自由高度
2、拉伸弹簧的特性曲线 a)没有预应力
F
Fmax
Flim
特性曲线通 Fmin 过坐标原点 λmin
λ
λmax λlim F F max min lim Fmin Fmax Flim
潘存云教授研制
Flim 2、拉伸弹簧的特性曲线 Fmax F 特性曲线不通 b)有预应力 过坐标原点。 F min 若工作载荷小于克服预应 力所需的初拉力F0，则弹簧 F0 λ λmin 不会变形；只有当F>F0时弹 λmax 簧才开始变形。 λlim
节距 p 轴向间距δ 展开长度L 螺旋角α
p=d
L≈π Dn+Lh
Lh为钩环展开长度 对压缩螺旋弹簧，推 荐用α=5˚ ~9˚ γ为材料的密度，对各种 钢， γ=7700kg/m3; 对铍青铜，γ=8100kg/m3
α=arctan(p/π D) π ms=----L 4 γ d2
质量ms
二、 弹簧的特性曲线 特性曲线-- 载荷—变形曲线 1、压缩弹簧的特性曲线
选用原则： 充分考虑载荷条件（载荷的大小及性质、工作温 度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般 应优先采用碳素碳簧钢丝。 2、弹簧的许用应力 弹簧按载荷分为三类： I类弹簧： 受变载荷作用次数>106，或很重要的弹簧。 II类弹簧：受变载荷作用次数在103 ~ 105 ，或受冲击 载荷的弹 簧，或受静载荷的重要弹簧。 III类弹簧：受变载荷作用次数在<103 ，或受静载荷 的弹簧。
n〉2
续表
参数名称及代号
圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算
单位：mm
计算公式 压缩弹簧 拉伸弹簧 备 注
总圈数n1
冷卷： n1=n+(2~2.5) YII型热卷： n1=n+(1.5~2) p=(0.28~0.5)D δ =p-d π Dn1 L=----cosα
n1=n
拉伸弹簧n1尾数为1/4、 1/2、3/4、整圈，推 荐用1/2圈
III
弹簧电镀相关资料
NO 表面处理 简单工艺介绍 除油→酸洗→镍底→ 镀金→烘干 除油→酸洗→打铜底 2次(碱铜、酸铜)→镍 底→镀铬→烘干 除油→酸洗→打镍底 →镀银→烘干 镀后颜色 用途 镀层厚度 盐雾试验标准
1
镀金(Au)
金色
2
镀铬(Cr)
天蓝色
①0.04~0.06 降低接触电阻，耐 μ m薄 磨耗，保真效果。 ②1.2~1.5μ m 厚 硬度高，耐磨性 铬0.5μ m薄 好，反光能力强， 15μ m以上厚 有较好的耐热性。 导电性(金属中) 佳，导热率佳。 镍3~5μ m 银0.04~0.06 μm
F
压缩弹簧的 特性曲线
λ
F1
F2 Flim
潘存云教授研制
最小工作载荷: Fmin=（0.1~0.5）Fmax 最小变形--- λmin
最大工作载荷--- Fmax 在Fmax的作用下，τ
弹簧在安装位置所受压 力，它能使弹簧可靠地 稳定在安装位置上。
F Fmin
Fmax
Ek arctg
Flim
压缩弹簧的 特性曲线
按形状分 分类 螺旋弹簧 按受载分 环形弹簧 碟形弹簧 平面涡圈弹簧 仪表中储能用 板弹簧
潘存云教授研制
圆柱形 截锥形 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧
特种弹簧
潘存云教授研制
二 圆柱螺旋弹簧的结构、制造方法、 材料及许用应力
一、圆柱螺旋弹簧的结构形式 1、圆柱螺旋压缩弹簧
变形用
压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定间距δ 。 支承圈或死圈----两端有3/4~5/4圈并紧，以使弹簧站 立平直，这部分不参与变形。 磨平长度不小于3/4圈，端部厚度近似为d/4 端部磨平----重要弹簧 d/4 端部不磨平---- 一般用途 δ 压缩弹簧的总圈数： n1 = n+(1.5~2.5)
n为有效圈数
为使工作平稳，n1的尾数 取1/2
磨平
不磨平
2、 a) b) c)
拉伸弹簧 各圈相互并紧δ =0； 制作完成后具有初拉力； 端部做有拉钩，以便安装和加载。
拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型、 改进后的结构 转钩、可调转钩。
特点：结构简单、制造容易、但弯曲应力 大。应用于中小载荷与不重要的场合。
弹簧设计
目录
一 弹簧概述
二 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、 材料及许用应力
三 圆柱螺旋拉压弹簧的设计计算 四 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算
五 其它弹簧简介
一
弹簧的功用和类型
工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形， 在机械设备中被广泛用作弹性元件。 功用： 1. 控制机构运动或零件的位置; 如凸轮机构、离合器、阀门等； 2. 缓冲吸振; 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧； 3. 存储能量; 如钟表仪器中的弹簧； 4. 测量力的大小 ；如弹簧秤中的弹簧 5. 改变系统的自振频率。 圆柱形 按形状分 截锥形 螺旋 拉伸弹簧 弹簧 按受载分 压缩弹簧 分类 扭转弹簧
弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、 弹簧的工作条件和重要程度，以及簧丝的尺寸等
在选取材料和确定许用材料试,如下情况应适当调整 A 对重要弹簧,其损坏对整个机器有重大影响时,许用应 力应适当降低 B 经强压处理的弹簧,能提高其疲劳极限,对改善载荷下 的松弛有明显效果,可是适当 提高许用应力 C 经喷丸处理的弹簧,能适当提高疲劳强度或疲劳寿命, 其许用应力可提高20% D 工作温度超过60° c 时应对其切变模量进行修正,其 修正公式 Gt=Kt*G G 常温下的切变模量 Gt 工作温度下的切变模量 Kt 温度修正系数
QSi3-1 QSn4-3
450
270 270
600
360 360
750
450 450
耐腐蚀，耐高温， –40~300 48~53HRC 潘存云教授研制 适用于做较大的 弹簧
–40~120 90~100HBS 耐腐蚀，防磁好
表16—2 碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限
钢丝直径 d/ mm 组 别
0.2 0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 8.0
F F max min 0 lim Fmin F0 Fmax Flim
潘存云教授研制
三、弹簧受载时的应力与变形 F D2/2 1、簧丝受力分析 B 弹簧受轴向载荷F时，作用 A 在轴向截面A-A上的力有： α 轴向力： F F F” 扭矩： T=F· D2/2 α B 在法面B-B上的力有： A 横向力: F” =Fcosα A-A 轴向力: F’ =Fsinα T 扭矩： T’=Tcosα 弯矩： M=Tsinα ∵ α =5˚ ~9˚ ∴ sinα≈ 0, cos α≈ 1 F 故截面B-B上的载荷可近似取为： 扭矩： T’=F· D2/2 横向力：F
除油→酸洗→镀锌→ 蓝色 防锈(视产品要求) 5μ m 以上 镀锌 发蓝 6 (Zn) 五彩 除油→酸洗→镀锌→ 五彩(赤橙 防锈(视产品要求) 5μ m 以上 锌 发五彩 黄绿青) 白锌 除油→酸洗→镀锌→ 烘干 白色 防锈(视产品要求) 5μ m 以上
三 拉伸(压缩)弹簧的设计计算
λmax t 间距: δ ≥ 节距：t = d +δ 0.8n H0 λmax --最大变形量。F2为最大载荷 π D2 通常 t≈(0.3~0.5)D2 , α=5˚~9˚ πD2 n1 弹簧丝的展开长度: L= cosα 自由高度: Hs Hs 两端并紧不磨平结构： H0=nδ +(n1+1)d 对于两端并紧磨平结构 并紧高度： Hs = H0=nδ +(n1-0.5)d 螺旋升角： α=arctg
表16—1 螺旋弹簧的常用材料和许用应力
材 料
许用切应力 / MPa
[τI] [τII]
名 称
牌号 Ⅰ类弹簧 Ⅱ类弹簧 Ⅲ类弹簧 温度℃
[τIII]
推荐使用 推荐硬度 特性及用途 范围
强度高，性能好， 但尺寸大了不易淬 透，只适用于小弹 簧。
碳素弹簧 钢丝Ⅰ, 65、70 0.3σB Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 60Si1Mn 480
源自文库
白色
弹簧电镀相关资料
弹簧电镀相关资料
N O 表面处理 5 镀锡(Sn) 黑锌 蓝锌 简单工艺介绍 除油→酸洗→镍底→ 镀锡 除油→酸洗→镀锌→ 发黑 镀后颜色 亮白色 黑色 用途 镀层厚度 盐雾试验标准 24H以上 2H 2H 2H 2H
便于焊锡，导电性 3~5μ m 一般。 防锈(视产品要求) 5μ m 以上