机械设计常用弹簧设计计算汇总
弹簧设计的计算公式
弹簧设计的计算公式
常见的弹簧设计绝大部分是压缩螺旋弹簧或拉伸螺旋弹簧。
这两种弹簧设计,涉及下面的项目。
在这里将关于a),b),c)进行解说。
a)在使用范围内,弹簧负载和形变量:弹簧常数
b)安装弹簧的空间:长度x外形
c)弹簧的固定方法:弹簧的两端形状和固定方法
d)其他:弹簧刚度(永久变形),疲劳度
(1)弹簧常数和弹簧形状尺寸的关系式
弹簧的形变量和负载(力)的关系。
P =k x δ
P:弹簧负载
k:弹簧常数
δ:弹簧挠度(形变量)
(k:弹簧常数)用弹簧材料特性和弹簧形状可以用下述公式表达。
这个公式压缩螺旋弹簧和拉伸螺旋弹簧都适用。
k =P/δ=G x d4/8 x n x D3 ・・・(A)
G:横向弹性系数(杨氏模量)
d:线径
n:有效匝数
D:平均线圈直径
通过使公式(A)变形,暂时设定D(平均线圈直径),d(线径),
k(弹簧常数)来计算有效匝数:n,或者根据已知的P,D,d,n ,来计算形变量:δ。
(2)弹簧的长度、外形的设计
弹簧长度是根据(允许形变量)与弹簧载荷之间的关系来选择和设计的。
(允许形变量)是会使弹簧变形或损坏的最大变形量(参考图1)。
弹簧设计和计算
弹簧设计和计算一. 弹簧按工作特点分为三组Ⅰ组:受动负荷(即受力忽伸忽缩,次数很多)地弹簧,而且当弹簧损坏后将引起整个机构发生故障.例如:发动机地阀门弹簧、摩擦离合器弹簧、电磁制动器弹簧等.Ⅱ组:受静负荷或负荷均匀增加地弹簧,例如安全阀和减压阀地弹簧,制动器和传动装置地弹簧等.Ⅲ组:不重要地弹簧,例如止回阀弹簧手动装置地弹簧,门弹簧和沙发弹簧等. 二. 按照制造精度分为三级1级精度:受力变形量偏差为±5%地弹簧,例如调速器和仪器等需要准确调整地弹簧.2级精度:受力变形量偏差为±10%地弹簧,例如安全阀、减压阀和止回阀弹簧,内燃机进气阀和排气阀地弹簧.3级精度:受力变形量偏差为±15%地弹簧,不要求准确调整负荷地弹簧,象起重钩和缓冲弹簧、刹车或联轴器压紧弹簧等. 三. 名词和公式1.螺旋角:也叫“升角”,计算公式是: 螺旋角地正切2D ttg πα=; 式中:t---弹簧地节距; 2D ---中径. 一般压缩弹簧地螺旋角α=6~9°左右; 2.金属丝地展开长L=απcos 12n D ≈n D 2π+钩环或腿地展开长; 式中:n 1=弹簧地总圈数; n=弹簧地工作圈数.3.弹簧指数:是弹簧中径2D 与金属丝直径d 地比,又叫“旋绕比”,用C 来代表,即:dD C 2=; 在实用上C ≥4,太小了钢丝变形很厉害,尤其受动负荷地弹簧,钢丝弯曲太厉害时使用寿命就短.但C 也不能太大,最大被限制于C ≤25.C 太大,弹簧本身重量在巨大地直径上不断地颤动而发生摇摆,同时缠绕以后容易松开,直径难于掌握.一般C=4~9. 弹簧指数C 可按下表选取.表 弹簧指数C 选择4.用弹簧应力计算公式地时候,还要考虑金属丝弯曲地程度对应力地影响,而加以修正.这影响强度计算地弯曲程度,叫“曲度系数”,分别用下式表示:压、拉弹簧曲度系数 C C C k 615.04414+--=; 扭转弹簧曲度系数 44141--=C C k ;为了便于计算,根据上面两个公式算出K 和K 1值,列成表2:曲度系数K 和K 1表5.计算扭转弹簧刚度时,主要是受弯曲应力.因此,使用地是弹性模数E.钢地E=4101.2⨯(公斤力/毫米2); 铜地E=41095.0⨯(公斤力/毫米2). 6.计算压缩、拉伸弹簧时,主要是受剪切应力.因此使用地是剪切弹性模数G. 钢地剪切弹性模数G ≈8000(公斤力/毫米2); 青铜地剪切弹性模数G ≈4000(公斤力/毫米2). 7.工作圈数和支承圈工作圈地作用是使弹簧沿轴线伸缩,是实际参加工作地圈数,又叫“有效圈数”,用n 来表示.支承圈地功用,是用来保证压缩压缩弹簧在工作时轴线垂直于支承端面,但并不参加弹簧工作.因此,压缩弹簧地两端至少各要3/4圈拼紧,并磨平作为支承面.磨薄后地钢丝厚度约为1/4d,尾部和工作圈贴紧.重要地压缩弹簧,两端地结束点要在相反地两边,以使受力均匀.所以一般压缩弹簧地总圈数多带有半圈地,如326圈、2110圈等.压缩弹簧地工作圈是从按计算地螺旋角卷制时算起,而拉伸弹簧是从钩地弯曲处开始计算.压缩弹簧必须有支承圈,扭簧和拉伸簧由于两端有腿或钩环,所以没有支承圈. 选择压缩弹簧工作圈地要点是:必须考虑到安装地位地限制和稳定性,圈数不要太多,同时也要考虑到受力均匀和能耐冲击疲劳,因此圈数也不能太少.在一般情况下,压缩弹簧工作圈数选择是:在不重要地静负荷作用下,n ≥2.5圈,经常受负荷或要求受力均匀时n ≥4圈,而安全阀弹簧对受力均匀地要求很严格,所以n ≥6圈.至于受动负荷如排气阀弹簧,也要求n ≥6圈.n ≥7圈地弹簧,两头地支承圈数要适当加多,但每边不超过411圈.因此,总圈数为:()5.2~5.11+=n n .8.刚度与弹簧指数、圈数地关系压、拉弹簧地刚度是指产生1毫米地变形量所需要地负荷.扭转弹簧地“扭转刚度”是指扭转1°所需要地力矩.刚度越大,弹簧越硬.我们知道,弹簧钢丝直径d 越粗,而材料地G 或E 越大时,弹簧刚度或扭转刚度也越大;相反地,中径D 2越大或工作圈数n 越多时,弹簧刚度也越小.因此它们地关系是:压、拉弹簧地刚度nD Gd P 324`8=,(公斤力/毫米);扭转弹簧地扭转刚度nD Ed M 24`3664=,(公斤力·毫米/度).9.单圈变形量在负荷P 作用下,压缩、拉伸弹簧一圈地变形量,叫“单圈变形量”,用f 表示.如果已知单圈变形量f,就可以求出总变形量F=fn.总变形量F 地计算公式是:4328Gd nPD F =,(毫米);将n=1代入,便得压、拉弹簧地单圈变形量4328GdPD f =,(毫米). 单圈变形量地用处很大,它可以作为比较计算地基础.10.抗拉极限强度b σ;允许弯曲工作应力[]σ,扭转弹簧地受力,主要是弯曲应力,所以应计算[]σ值;压、拉弹簧在工作时所产生地应力主要是扭转应力,在极限负荷P 3作用下所产生地应力,叫“允许扭转极限应力”,以τ来表示;在工作负荷P 2作用下所产生地应力叫“允许扭转工作应力,用[]τ来表示.计算代号表3四.弹簧材料和允许工作应力地确定1.材料分类和性能,根据化学成分来分,弹簧钢大致分为几种,它地性能如下:优质碳素钢(例如正、中、高级碳素弹簧钢丝)是廉价地弹簧钢,有相当好地耐疲劳强度.但是,如果含碳太高,在热处理时表面容易脱碳.此外,它不能在大于120°C地温度下正常工作.低锰钢(例如60M n)价廉、脱碳少,但淬火后容易产生裂缝和热脆.硅钢(例如60Si2M n)来源比较广,容易热处理,可淬性高,缺点是表面容易脱碳,而且容易石墨化.铬钒钢(例如50C r V A)是耐疲劳和抗冲击最好地弹簧钢,有很高地机械性能,并能在400°C以下工作,但价格比较贵,使用上受到限制.不锈钢、青铜或锡锌青铜,有耐腐蚀地特点,所以在化学工业中多数都采用这种材料地弹簧,但是由于青铜类地材料不易热处理和机械性能差,所以一般机械都尽量避免采用这种弹簧材料.在卷绕工艺上,弹簧材料可分为下面两中:一种是冷绕地弹簧材料:当钢丝直径d≤8毫米时,一般都采用冷绕,因为有些弹簧钢丝经制造厂用特殊方法热处理后冷拉而成(例如琴钢丝或正、中、高级碳素弹簧钢丝)强度很高,冷绕后不必再淬火,但必须进行低温回火,以消除内应力(青铜丝也要采用冷绕后进行低温回火).但是有地弹簧钢丝(例如60Si2M n)在出厂地时候没有经过热处理,冷卷成弹簧后,必须进行淬火和回火.另一种是热卷弹簧材料:凡钢丝直径d>8毫米地,或弹簧指数C特别小地弹簧,或者是某些合金弹簧钢丝(例如60Si2M n、50C r V A等),直径虽然不很大,但由于钢丝太硬,不容易冷绕,也应该用热绕地方法制成弹簧,然后再进行淬火和回火.弹簧材料特性和允许工作应力地确定表,表4注:1.表中地τ或[τ]值是参考性质而不是硬性地规定.表中所列地σb值可参看表6、7、8、9、10. 2.压、拉圆弹簧在Ⅲ组工作特点下,材料地τ值如表所示,而Ⅱ组工作特点地[τ]=0.8τ,Ⅰ组地[τ]=0.6τ,表中已打好折扣.3.如用带钩腿地拉伸弹簧,τ值应降低25%.4.如为扭转弹簧,则σ≈1.25τ.其他弹簧钢丝机械性能表,表5正级碳素弹簧钢丝地抗拉极限强度σb和允许扭转工作应力[τ](公斤力/毫米2)表. 表6中级碳素弹簧钢丝地抗拉极限强度σb和允许扭转工作应力[τ](公斤力/毫米2)表. 表7高级碳素弹簧钢丝地抗拉极限强度σb和允许扭转工作应力[τ](公斤力/毫米2)表.表8有色金属弹簧丝地机械性能表. 表9五.弹簧工作图六.压缩、拉伸弹簧地计算基本公式. 压缩—拉伸圆弹簧公式简表,表10压缩—拉伸弹簧整体计算常用公式表11○1拉伸弹簧在卷绕过程中,使具有初应力时,圈数n=()3202428D P P Gd F -;式中预加负荷[]τπ2308KD d P =. 七.扭转弹簧地计算 1.计算地基本问题a.扭转弹簧和压、拉弹簧一样,计算地基本问题也是负荷、变形和应力地问题,但不以P 和F 来表示,而是用扭矩M 和扭转角ϕ来表示负荷和变形.b .扭转弹簧在M 2地作用下,所产生地内应力主要是弯曲应力[σ],而不是扭转应力[τ].假如不知道材料地弯曲应力[σ],可以按下式换算: σ≈1.25τ或[σ]≈1.25[τ].一般弹簧地允许弯曲工作应力[σ],可以直接从表4中查出.c .影响弹簧指数地曲度系数,以44141--=C C K 来表示,它跟压、拉弹簧地K 不同,这点在表2已区分清楚,查表时不要弄错.d .当扭转弹簧在工作时,圈和圈之间将相靠紧摩擦地很厉害,因此建议:间距δ≈0.5毫米,并加润滑油.e .对于压、拉螺旋弹簧地卷绕方向是左还是右旋,一般对工作,没影响(除非是串联或同心弹簧才用反向).对于扭转弹簧,一定要注意它地旋向,不能弄错,否则就会造成报废.扭转弹簧转动地方向不能采取逆转,那样会使弹簧张开而不能工作.正确地旋绕方法就象给钟表上发条一样,越旋越紧.可是,这样又带来了副作用,当各圈在顺转收闭时,间隙过小地芯轴,就会被咬住转不动.因此,必须计算出在最大扭转角时地内径缩小值.从理论上讲,当扭转弹簧扭紧时,假定各圈为均匀地缩小,那末其内径地理论平均缩小值为:ϕϕ+=∆n D D 36022;根据上式,就不难求出扭转后地中径值3602`2ϕ+⨯=n n D D 和扭转后地内径d D D -=`2`1.但是,事实上当扭转弹簧各圈收闭时,并不是各圈平均地缩小,而是两头略小,好像桶形一样.尤其是靠近两腿处不成圆形地缩小,而最先碰到芯轴.因此,以上地计算扭转后地弹簧圈径尺寸仅是理论平均值.实际配芯轴时应比理论值要小,至于小多少,需要依靠试验或经验来判断. 2.计算地基本公式 (1)求扭矩M Pr =M ;由材料力学,知 []1332K d M σπ=------------------------------------------------------(A )同理 213325.132M K d M ≥=σπ;-----------------------------------------(A1)(2)求直径d 将公式(A )移项得 []31232σπK M d ≥;-----------------------(B )当C=5,K 1=1.19 代入公式(B ),得估算直径地近似式[]323.2σM d ≈;--(B1)(3)求圈数n 222418064M D d E n ⨯=ϕπ=()()12212411520M M D d E --ϕϕπ;-------------------------(C)将公式(A )代入公式(C ),求得圈数地简式 []σϕ221360D Ed K n =;------------(C1)(4)求扭转角ϕ 将上式移项,得最大工作扭矩下地扭转角 []EdK nD 122360σϕ=;--------------------------------------------------------------(D ) 或 '22MM =ϕ;--------------------------------------------------------------------(D1) 极限扭矩下地扭转角 '33M M =ϕ;-----------------------------------------------(D2)式中 扭转刚度 nD Ed M 24'3664=; 扭转刚度是指扭转1°所需要地力矩,单位是 公斤力·毫米/度. (5)扭转后中径'2D 地理论平均值 3602'2ϕ+⨯=n nD D ------------------------------------------(J )扭转后内径地理论平均值 d D D -='2'1;--------------------------------------(J1) 上面说过,为了考虑各圈并不平均地缩小,所以制造芯轴时地实际尺寸要比理论所计算地小. (6)计算实例例1.一根扭转弹簧地腿在垂直于腿地方向受负荷P 1=10公斤和P 2=30公斤,这腿自弹簧圈地中心到受力作用线P 地垂直距离r=20毫米(参看右图),求最小扭矩M 1和最大工作扭矩M 2. 解 由扭矩地定义知:200201011=⨯==r P M (公斤力·毫米);600203022=⨯==r P M (公斤力·毫米). 例2.一根由锡锌青铜制成地扭转弹簧,受静负荷,d=3毫米,D 2=15毫米,n=10圈.问当受负荷时,弹簧扭到多少度以后仍然不至于永久变形?解 (1)直接查表4得锡锌青铜地允许弯曲应力(受静负荷属于第Ⅱ组): [σ]=40 公斤力/毫米2;(2)弹性模数 E=41095.0⨯ 公斤力/毫米2; (3)弹簧指数 53152===d D C ;查表2得曲度系数K 1=1.19; (4)代入公式(C1)[]σϕ221360D Ed K n =,移项得在最大工作扭矩作用下地扭转角[]Ed K nD 122360σϕ===⨯⨯⨯⨯⨯⨯31095.019.1401510360464°. 例3.一根扭转弹簧用在负荷均匀地增加地机构里,以知工作条件是:最小工作扭矩M 1=200公斤力·毫米,最大工作扭矩M 2=600公斤力·毫米,工作扭转角4012=-=ϕϕϕ°,但是厂里只有d=5毫米地中级碳素弹簧钢丝,试核算能不能用?并求制造上地主要尺寸.解 按本弹簧地工作特点,属于第Ⅱ组,计算步骤如下:(Ⅰ)根据弹簧地具体工作条件确定(1)制造型式 普通N 型;(2)制造精度 3级; (Ⅱ)计算基本尺寸:(1)查表7得τ=65公斤力/毫米2,[τ]=52公斤力/毫米2,折算得:σ=1.25τ=1.25×65=81.3公斤力/毫米2,[σ]=1.25[τ]=1.25×52=65公斤力/毫米2; (2)弹簧指数 按表1选取C=6; (3)曲度系数 查表2得K 1=1.15; (4)钢丝直径 []31232σπK M d ≥=3651416.315.160032⨯⨯⨯=4.76,现在厂里有d=5毫米地钢丝,说明可以用.决定取d=5毫米; (5)中径 D 2=dC=5×6=30毫米; (6)弹性模数 E=2.1×104公斤力/毫米2;(7)工作圈数 n=()()12212411520M M D d E --ϕϕπ=()20060030115204051416.3101.244-⨯⨯⨯⨯⨯=11.9(圈),取n=12圈;(8)扭转后中径地理论平均值 3602'2ϕ+⨯=n nD D =36040121230+⨯=29.7毫米(比D 2缩小0.3毫米);(9)扭转后内径地理论平均值d D D -='2'1=29.7-5=24.7毫米;(10)弹簧刚度难 n D Ed M 24'3664==123036645101.244⨯⨯⨯⨯=10 公斤力·毫米/度;(11)允许极限扭矩13332K d M σπ==15.1323.8151416.33⨯⨯⨯=870公斤力·毫米>1.25M 2=750公斤力·毫米,符合M 3≥1.25M 2地要求;(12)极限扭矩下地扭转角 '33M M =ϕ=10870=87°; (13)最大工作扭矩下地扭转角 '22MM =ϕ=10600=60°; (14)最小工作扭矩下地扭转角 '11M M =ϕ=10200=20°; (15)稳定性指标 因3ϕ<123°可以不验算; (16)间距 取δ=0.5毫米;(17)节距 t=d+δ=5+0.5=5.5毫米;(18)自由长度 H=n δ+(n+1)d+腿地轴向长度=12×0.5+(12+1)×5+腿地轴向长度=71毫米+腿地轴向长度; (19)螺旋角 2D t tg πα==301416.35.5⨯=0.058,α=3°20′;cos3°20′=0.998; (20)展开长 απcos 12n D L =+腿展开长=998.012301416.3⨯⨯+腿展开长=1140毫米+腿展开长.扭转弹簧计算表12111地精确公式求算d.。
弹簧设计计算
弹簧设计计算弹簧设计计算弹簧在材料选定后,设计时需要计算出弹簧刚度F、中径D、钢丝直径d、有效圈数n、变形量f。
以下面弹簧设计为例;1.计算弹簧受力:假设弹簧端克服1个标准大气压,即推动钢球,则弹簧受力为:F=PA=1×105N/mm2×πd12 /4其中d1——钢球通道直径弹簧还须克服钢球下降重力:G=mρV=m×4ρπR3/3其中R——钢球半径弹簧受合力:F合=F+G考虑制造加工因素,增加1.2倍系数F′=1.2F合2.选材料:(一般选用碳素弹簧钢丝65Mn或琴钢丝)以65Mn为例,钢丝直径d=1.4mm3.查表计算许用应力:查弹簧手册8-10表中Ⅰ类载荷的弹簧考虑(根据阀弹簧受力情况而言) 材料的抗拉强度σb与钢丝直径d有关查表2-30(选用D组): σb=2150~2450Mpa安全系数K=1.1~1.3, 可取K=1.2, 则σb=1791.7~2041.7 Mpa 因此σb=1791.7Mpa(下限值)查表2-103,取切变模量G=78.8×103Mpa查表8-10,取许用切应力τs==0.5σb=0.3×1791.7=537.51Mpa 4.选择弹簧旋绕比C:根据表8-4初步选取C=105.计算钢丝直径:d≥1.6√KFC/[τ]其中K——曲度系数,取K=1.1~1.3F——弹簧受力6.计算弹簧中径:D=C d7.计算弹簧有效圈数:n=Gd4f/8FD3则总圈数n总=n+n1(查表8-6) 8.计算试验载荷:Fs=πd3τs/8D9.自由高度:H0=nt+1.5d其中:t——初步估计节距t=d+f/n+δ1(δ1=0.1d)查表8-7系列值H0取整数10.节距计算:t=(H0-1.5d)/n11.弹簧螺旋角:(此值一般符合=5°~9°)α=arctan(t/πD)。
机械设计基础弹性系数的公式
机械设计基础弹性系数的公式
机械设计基础弹簧的刚度,(即弹性系数,中学物理叫倔强系数k);
F:弹簧所受的载荷;
λ:弹簧在受载荷F时所产生的变形量;
G:弹簧材料的切变模量;(钢为8×104MPa,青铜为4×
104MPa)
d:弹簧丝直径;
D2:弹簧直径;
n:弹簧有效圈数;
C:弹簧的旋绕比(又称为弹簧指数)
由上式可知。
当其它条件相同时,C值愈小的弹簧,刚度愈大,亦即弹簧愈硬;反之则愈软。
还应注意到,C值愈小,弹簧内、外侧的应力差愈悬殊,卷制愈难,材料利用率也就愈低,并且在工作时将引起较大的扭应力。
所以在设计弹簧时,一般规定C≥4,且当弹簧丝直径d越小时,C值越宜取大值。
其实上面这个公式是根据微段弹簧丝ds受转矩后扭转dθ,从而产生微量变形dλ,再将dλ积分而得到圆弹簧丝螺旋弹簧在受载荷F所产生的变形量。
各种弹簧计算范文
各种弹簧计算范文弹簧是一种常见的机械零件,具有储存和释放机械能的能力。
在工程设计和力学分析中,弹簧的计算是一个重要的问题。
本文将介绍各种弹簧计算的方法和技巧。
1.弹簧刚度计算:弹簧的刚度是指弹簧单位变形所产生的反作用力。
刚度可以用力学公式计算,公式为:k=F/x其中,k为弹簧刚度,单位为牛顿/米(N/m);F为施加在弹簧上的力,单位为牛顿(N);x为弹簧的变形量,单位为米(m)。
2.弹簧的长度计算:弹簧的长度可以通过材料弹性模量和簧片的几何尺寸计算。
通常采用钢材制作的弹簧,长度计算公式如下:L=(8*n*t*R)/(π*d³*E)+d其中,L为弹簧的总长度,单位为米(m);n为簧片的数量;t为簧片的厚度,单位为米(m);R为簧片弧度,单位为米(m);d为簧片的宽度,单位为米(m);E为材料的弹性模量,单位为帕斯卡(Pa)。
3.弹簧的应变能计算:弹簧的应变能是指弹簧储存的机械能。
弹簧的应变能可以通过弹簧刚度和变形量计算,公式为:U=(1/2)*k*x²其中,U为应变能,单位为焦耳(J);k为弹簧刚度,单位为牛顿/米(N/m);x为弹簧的变形量,单位为米(m)。
4.弹簧的最大变形量计算:弹簧的最大变形量是指弹簧在受到最大外力作用时的变形量。
最大变形量可以通过弹簧刚度和作用力的比较计算,公式为:x_max = F_max / k其中,x_max为弹簧的最大变形量,单位为米(m);F_max为施加在弹簧上的最大力,单位为牛顿(N);k为弹簧刚度,单位为牛顿/米(N/m)。
5.弹簧的材料选取:弹簧的材料选取需要考虑加载条件、工作环境和弹簧的工作寿命等因素。
一般情况下,选取材料时需要考虑弹簧的刚度、强度和耐磨性等性能指标,常用材料有高碳钢、合金钢和不锈钢等。
在选取材料时,还需要根据具体需求进行试验和验证。
综上所述,弹簧的计算涉及弹簧刚度、长度、应变能、最大变形量和材料选取等方面。
计算弹簧需要考虑材料的弹性模量、弹簧的几何尺寸和施加在弹簧上的外力。
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) 6.9688615.046.9688416.96884615.04414+-⨯-⨯=+--=C C C K =1.2139 弹簧的最大工作压缩量Fn=795-227=568mm由公式348DP 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663.2282.37983434'⨯⨯⨯==n D Gd P =1.4147N/mm 节距t=662.35.1795)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3431413.226683842.3798⨯⨯⨯⨯==nD F Gd P =543.2625N 螺旋角α=arctan(t/πD )=arctan (12/(3。
弹簧做的功计算公式
弹簧做的功计算公式弹簧是一种常见的机械元件,其具有弹性变形的特性。
当受到外力作用时,弹簧会发生变形,并且在去除外力后能够恢复原状。
弹簧广泛应用于各种机械设备中,如汽车悬挂系统、工业机械、仪器仪表等。
在弹簧的设计和应用过程中,计算其所做的功是非常重要的。
本文将介绍弹簧做的功的计算公式及其应用。
弹簧做的功是指在外力作用下,弹簧发生变形时所做的功。
弹簧的变形可以通过外力对其施加的位移来描述,而弹簧做的功则可以通过外力对其施加的位移和弹簧的弹性系数来计算。
弹簧做的功的计算公式可以表示为:W = 1/2 k x^2。
其中,W表示弹簧做的功,k表示弹簧的弹性系数,x表示外力对弹簧施加的位移。
从这个公式可以看出,弹簧做的功与弹簧的弹性系数和外力对其施加的位移的平方成正比。
这个公式的推导可以通过弹簧的弹性势能公式得到,即U = 1/2 kx^2,其中U表示弹簧的弹性势能。
弹簧做的功就是外力对弹簧施加的位移所对应的弹性势能的变化量。
在实际的工程应用中,弹簧做的功的计算可以帮助工程师设计和选择合适的弹簧,以满足特定的工程需求。
例如,在汽车悬挂系统中,弹簧做的功的计算可以帮助工程师确定合适的弹簧弹性系数和外力对其施加的位移,以确保汽车在行驶过程中具有良好的悬挂性能和舒适性。
在工业机械中,弹簧做的功的计算可以帮助工程师确定合适的弹簧设计参数,以确保机械设备具有良好的稳定性和可靠性。
除了在工程设计中的应用,弹簧做的功的计算还可以帮助工程师分析弹簧在实际工作中的性能。
通过对弹簧做的功的计算,工程师可以了解弹簧在受到外力作用时所做的功的大小,从而评估弹簧的工作状态和性能。
这对于预测和预防弹簧的疲劳破坏具有重要意义,可以帮助工程师及时发现弹簧的故障并进行维修和更换。
在弹簧做的功的计算中,弹簧的弹性系数是一个非常重要的参数。
弹簧的弹性系数可以通过实验测定或计算得到,其数值代表了弹簧在受到单位外力作用时所产生的变形量。
弹簧的弹性系数越大,弹簧在受到外力作用时所做的功也就越大。
弹簧计算公式
弹簧应力:弹簧的压缩应力、拉伸 应力等
工作环境:温度、湿度、腐蚀性等
弹簧制造工艺:热处理、表面处理 等
提高弹簧疲劳寿命的方法
选用优质材料: 选用高强度、高 韧性的材料,提 高弹簧的疲劳寿 命
优化设计:优化弹 簧的形状、尺寸和 结构,提高弹簧的 疲劳寿命
控制加工工艺:控 制弹簧的加工工艺, 提高弹簧的疲劳寿 命
计算。
添加标题
弹簧应力和应变 的计算公式:弹 簧应力和应变的 计算公式可以通 过弹簧的弹性模 量、截面尺寸和 弹簧的刚度等参
数来计算。
添加标题
弹簧应力和应变的计算公式
弹簧应力计算公式:σ = F/A 弹簧应变计算公式:ε = ΔL/L 弹簧应力和应变的关系:σ = Eε 弹簧应力和应变的物理意义:应力表示弹簧受力大小,应变表示弹簧形变量大小。
热处理:对弹簧进 行热处理,提高弹 簧的疲劳寿命
润滑:对弹簧进行 润滑,减少摩擦, 提高弹簧的疲劳寿 命
定期维护:定期对 弹簧进行检查和维 护,及时发现和处 理问题,提高弹簧 的疲劳寿命
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汇报人:
弹簧应力和应变的影响因素
弹簧的材料:材料 的弹性模量、屈服
强度等
弹簧的形状:弹簧 的直径、长度、线
径等
弹簧的载荷:弹簧 所承受的力大小和
方向
弹簧的温度:温度 对弹簧的弹性模量 和屈服强度的影响
05
弹簧振动频率和阻尼比计算
弹簧振动频率和阻尼比的定义
弹簧振动频率:弹簧在振动过程中,单位时间内振动的次数,单位为赫兹(Hz)。
1/2π√(k/m尼比的应用场景
汽车悬挂系统:弹簧振动频率和阻尼比直接影响汽车的舒适性和操控性 机械设备:弹簧振动频率和阻尼比影响设备的稳定性和寿命 建筑结构:弹簧振动频率和阻尼比影响建筑的抗震性能和稳定性 航空航天:弹簧振动频率和阻尼比影响飞行器的稳定性和操控性
弹簧的功率计算公式
弹簧的功率计算公式弹簧是一种常见的机械零件,广泛应用于各种机械设备中。
它具有弹性变形的特性,可以存储和释放能量。
在工程设计中,我们经常需要计算弹簧的功率,以便合理设计弹簧的尺寸和材料。
本文将介绍弹簧的功率计算公式及其应用。
弹簧的功率计算公式可以由弹簧的弹性势能和弹簧的变形速度来推导。
弹簧的弹性势能可以表示为:U = 1/2 k x^2。
其中,U表示弹簧的弹性势能,k表示弹簧的弹性系数,x表示弹簧的变形量。
当弹簧受到外力而发生变形时,弹簧的弹性势能会增加,当弹簧释放能量时,弹性势能会减少。
弹簧的功率可以表示为弹簧的弹性势能对时间的导数,即:P = dU/dt。
根据弹簧的弹性势能公式,我们可以推导出弹簧的功率计算公式:P = d/dt (1/2 k x^2)。
P = 1/2 k (2x dx/dt)。
P = kx v。
其中,P表示弹簧的功率,k表示弹簧的弹性系数,x表示弹簧的变形量,v表示弹簧的变形速度。
从上述公式可以看出,弹簧的功率与弹簧的变形量和变形速度有关。
在实际工程中,我们可以根据弹簧的设计要求和工作条件来计算弹簧的功率。
首先,我们需要确定弹簧的弹性系数,这可以通过实验或者材料手册来获取。
其次,我们需要确定弹簧的变形量和变形速度,这可以通过设计计算或者实验测试来获取。
最后,我们可以利用上述的弹簧功率计算公式来计算弹簧的功率。
弹簧的功率计算公式在工程设计中具有重要的应用价值。
通过计算弹簧的功率,我们可以合理设计弹簧的尺寸和材料,以满足机械设备的工作要求。
同时,弹簧的功率计算公式也可以帮助我们分析弹簧的工作性能,优化弹簧的设计方案。
因此,掌握弹簧的功率计算公式对于工程设计和制造具有重要意义。
除了弹簧的功率计算公式,我们还可以利用弹簧的功率来进行弹簧的性能测试和评估。
通过测量弹簧的变形量和变形速度,我们可以计算弹簧的功率,从而评估弹簧的工作性能。
这对于弹簧的质量控制和产品改进具有重要意义。
总之,弹簧的功率计算公式是工程设计和制造中的重要工具。
弹簧种类和计算公式
弹簧种类和计算公式弹簧是一种能够储存和释放机械能的装置,广泛应用于各种机械设备和工程中。
根据其工作原理和结构特点,弹簧可以分为多种类型,每种类型都有其特定的计算公式。
本文将介绍几种常见的弹簧类型及其计算公式。
1. 螺旋弹簧。
螺旋弹簧是最常见的一种弹簧类型,其结构简单,使用广泛。
螺旋弹簧的计算公式主要包括弹簧刚度、变形量和应力等参数。
其中,弹簧刚度K的计算公式为:K = Gd^4 / (8D^3n)。
其中,G为材料的剪切模量,d为线径,D为螺旋弹簧的平均直径,n为有效圈数。
螺旋弹簧的变形量可以通过以下公式计算:δ = F / K。
其中,F为外力,K为弹簧刚度,δ为变形量。
螺旋弹簧的应力计算公式为:σ = 8Fd / (πD^3n)。
其中,σ为应力,F为外力,d为线径,D为螺旋弹簧的平均直径,n为有效圈数。
2. 压缩弹簧。
压缩弹簧是一种短小粗的弹簧,通常用于承受压缩力的场合。
压缩弹簧的计算公式与螺旋弹簧类似,主要包括弹簧刚度、变形量和应力等参数。
压缩弹簧的弹簧刚度K的计算公式为:K = (Gd^4) / (8D^3n)。
压缩弹簧的变形量和应力计算公式与螺旋弹簧相似,不再赘述。
3. 张力弹簧。
张力弹簧是一种受拉力的弹簧,通常用于吊挂和支撑等场合。
张力弹簧的计算公式与压缩弹簧类似,也包括弹簧刚度、变形量和应力等参数。
张力弹簧的弹簧刚度K的计算公式为:K = (Gd^4) / (8D^3n)。
张力弹簧的变形量和应力计算公式与螺旋弹簧相似,不再赘述。
4. 扭转弹簧。
扭转弹簧是一种受到扭转力的弹簧,通常用于扭转传递和控制等场合。
扭转弹簧的计算公式主要包括弹簧刚度、变形角度和应力等参数。
扭转弹簧的弹簧刚度K 的计算公式为:K = (Gd^4) / (32D^3n)。
扭转弹簧的变形角度和应力计算公式为:θ = T / K。
τ = 16T / (πd^3nD)。
其中,θ为变形角度,T为扭矩,K为弹簧刚度,τ为应力。
弹簧计算公式范文
弹簧计算公式范文弹簧计算是一种力学计算方法,用于计算弹簧的刚度、变形、载荷等参数。
弹簧计算可以应用于很多领域,例如机械工程、汽车工程、建筑结构等。
以下是弹簧计算的基本公式和相关信息。
1. 弹簧的刚度(Stiffness)计算:弹簧的刚度可以通过以下公式进行计算:k=Gd^4/(8ND^3)其中,k为弹簧的刚度(N/m),G为弹簧的剪切模量(Pa),d为弹簧线径(m),N为弹簧的圈数,D为弹簧的平均直径(m)。
2. 弹簧的变形(Deflection)计算:弹簧的变形可以通过以下公式进行计算:δ=(F×L)/(k×d^4)其中,δ为弹簧的变形(m),F为施加在弹簧上的力(N),L为弹簧的长度(m),k为弹簧的刚度(N/m),d为弹簧线径(m)。
3. 弹簧的最大载荷(Maximum Load)计算:弹簧的最大载荷可以通过以下公式进行计算:F_max = k × d^3 × N_max / 8其中,F_max为弹簧的最大载荷(N),k为弹簧的刚度(N/m),d 为弹簧线径(m),N_max为弹簧的圈数。
4. 弹簧的固有频率(Natural Frequency)计算:弹簧的固有频率可以通过以下公式进行计算:f=1/(2π)×√(k/m)其中,f为弹簧的固有频率(Hz),k为弹簧的刚度(N/m),m为弹簧的质量(kg)。
5. 弹簧的功率消耗(Power Dissipation)计算:弹簧的功率消耗可以通过以下公式进行计算:P=(F×δ×f)/2其中,P为弹簧的功率消耗(W),F为施加在弹簧上的力(N),δ为弹簧的变形(m),f为弹簧的固有频率(Hz)。
上述公式仅为弹簧计算的基本公式,实际计算中还需要考虑一些修正因素,例如弹簧的几何形状、材料的非线性特性等。
此外,不同类型的弹簧(如压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧等)还有各自的特定计算公式。
需要注意的是,弹簧计算需要准确的输入参数,因此在实际应用中,需要通过实验或材料手册等方式获取到弹簧的相关参数。
弹簧设计计算公式
弹簧设计计算公式弹簧是一种经过热处理的金属线,具有弹性变形能力。
在工程设计中,弹簧广泛应用于机械、汽车、电器等领域,用于悬挂、减震、传动等功能。
弹簧设计的核心是确定其几何参数和力学性能,以满足特定的工作要求。
弹簧设计的计算公式包括弹簧刚度、变形、工作力和应力等参数。
以下是一些常用的弹簧设计公式:1.弹簧刚度:弹簧刚度是指单位变形时产生的力的大小。
弹簧刚度可以通过以下公式计算:K=Gd^4/8nD^3其中,K表示弹簧刚度,G表示弹簧材料的剪切模量,d表示弹簧线径,n表示弹簧的有效圈数,D表示弹簧的平均直径。
2.弹簧变形:弹簧的变形可以通过以下公式计算:δ=(F×L)/(K×n)其中,δ表示弹簧的变形,F表示作用在弹簧上的力,L表示弹簧自由长度,K表示弹簧刚度,n表示弹簧的有效圈数。
3.弹簧的工作力:弹簧的工作力可以通过以下公式计算:F=K×δ其中,F表示作用在弹簧上的力,K表示弹簧刚度,δ表示弹簧的变形。
4.弹簧的应力:弹簧的应力可以通过以下公式计算:σ=(8×F×L)/(π×d^3×n)其中,σ表示弹簧的应力,F表示作用在弹簧上的力,L表示弹簧自由长度,d表示弹簧线径,n表示弹簧的有效圈数。
需要注意的是,以上公式适用于简单的弹簧设计,如果涉及复杂的弹簧形状或材料,可能需要使用更复杂的计算方法或有限元分析。
弹簧设计时,需要根据实际工作条件和要求,选择合适的弹簧材料和尺寸,以保证弹簧的功能和安全性。
同时,还需要考虑弹簧的寿命、疲劳强度、预紧力等因素,以确保弹簧在长期使用中的可靠性。
除了上述的计算公式,弹簧设计还需要考虑弹簧的安装方式、表面处理、工艺要求等因素。
综合考虑这些因素,可以进行合理的弹簧设计,满足工程需求。
20200611-机械弹簧设计计算
圆柱螺旋弹簧设计计算
参考标准《GB/T 23935-2009圆柱螺旋弹簧设计计算》
(1)弹簧参数列表
参数名称代号单位
材料直径 d mm
弹簧内径D1 mm
弹簧外径D2 mm
弹簧中径 D mm
总圈数N1 圈
支撑圈数nz 圈
有效圈数n 圈
自由高度H0 Mm
工作高度H1,2,3,4…mm
压并高度Hb mm
节距t mm
负荷F1,2,3,4…N
变形量 f mm
刚度F’N/mm
螺旋角α°
材料切变模量G MPa
旋绕比 C
(2)基本计算公式
即,弹簧刚度与材料直径成正比,与弹簧中径成反比,与弹簧圈数成反比,与材料的切变模量成正比。
设计弹簧时可以先根据弹簧的工作行程和工作负荷计算弹簧的刚度,然后在保证合理的旋绕比、螺旋角基础上,尝试不同的材料直径、弹簧中径和有效圈数。
旋绕比与材料直径的关系为:D=Cd
旋绕比推荐值根据材料直径选取,见下表。
(3)技术要求内容
a.弹簧端部结构形式:(两端圈并紧磨平;两端圈并紧不磨平;两端圈不并紧)b.总圈数,有效圈数
c.旋向;
d.表面处理;
e.制造技术条件。
弹簧计算公式
记号的含义螺旋弹簧的设计时候使用的记号如下表1所示。
横弹性系数G的值如表2所示。
螺旋弹簧的设计用基本计算公式螺旋弹簧的负荷和弹簧定数・弯曲的关系具有线性特征弹簧的负荷和弯曲是成比例的。
从螺旋弹簧的尺寸求弹簧的定数压缩螺旋弹簧的素線径因扭转而产生弯曲的弹簧定数K 螺旋弹簧的扭转应力螺旋弹簧的扭转修正应力螺旋弹簧试验载荷下高度(端面磨削的情况下)螺旋弹簧两端的各厚度之和不同材质螺旋弹簧在高温时的机械特性组合弹簧的计算公式螺旋弹簧的直列和并列弹簧在设计的时候,虽然应该尽可能设计一根弹簧,但是一根弹簧无法满足的情况下,也会对多根弹簧进行组合以满足设计要求。
弹簧的组合有纵向排列的直列法和横向排列的并列法两种模式。
这样的分类,不仅和螺旋弹簧有关,盘形弹簧等其他种类的弹簧也是一样,也会进行直列和并列组合来使用。
从负荷的观点来考虑的话,对各个弹簧作用相等的力的组合方式叫直列,各个弹簧变位相等的组合方式叫并列。
图1. 螺旋弹簧的直列组合和并列组合图示显示的是使用了3个弹簧的情况。
n个弹簧的各个定数就是k1 , k2 ,・・・, kn弹簧并列和直列组合时全部的定数K公式参照下列。
式1. 并列的弹簧定数计算公式式2. 直列的弹簧定数计算公式并列组合的螺旋弹簧的个数增加会导致全体弹簧定数变大,直列组合个数的增加会导致弹簧定数变小。
図2. 亲子弹簧并列的字面意思就是横向排列,但是单纯的排列空间上不好安排,所以像图3那样弹簧的内侧和弹簧组合,同心相排的情况下很多。
这样的排列一般被称作亲子弹簧。
但是,同心组合的情况下,为了弹簧不互相缠绕在一起,交替的改变弹簧卷的方向,或者确保弹簧和弹簧之间有一定的间隙是很有必要的。
另外,对弹簧的组合进行下功夫的话,像下图a,b那样,可以制作出不是直线的弹簧特性。
例如需要像图4那样特性弹簧的时候,需要对自由长或者不同密着负荷的弹簧进行组合。
图5的弹簧特性是在图6那样结构中加入弹簧,事先加上负荷,就会得到〔上段弹簧定数〕<〔下段弹簧定数〕这样的组合。
机械弹簧自由高度计算公式
机械弹簧自由高度计算公式引言。
机械弹簧是一种常见的弹性元件,广泛应用于机械、汽车、航空航天、电子等领域。
在设计和使用机械弹簧时,了解其自由高度是非常重要的。
自由高度是指当机械弹簧未受外力时的长度,它对于弹簧的设计和使用具有重要的参考价值。
本文将介绍机械弹簧自由高度的计算公式及其应用。
机械弹簧的基本原理。
机械弹簧是利用弹性变形来储存和释放能量的装置。
当外力作用于弹簧上时,弹簧会发生变形,存储能量;当外力消失时,弹簧会恢复原状,释放能量。
弹簧的弹性变形可以用胡克定律来描述,即弹簧的变形与受到的外力成正比。
弹簧的刚度系数可以用来描述弹簧的硬度,刚度系数越大,弹簧的刚度越大。
机械弹簧的自由高度。
机械弹簧的自由高度是指当弹簧未受外力时的长度。
在设计和使用弹簧时,了解弹簧的自由高度对于确定弹簧的工作范围、稳定性和寿命具有重要的意义。
通常情况下,弹簧的自由高度可以通过计算得到。
计算公式。
机械弹簧的自由高度可以通过以下公式来计算:H0 = (F0/K) + L0。
其中,H0为弹簧的自由高度,F0为弹簧的预紧力,K为弹簧的刚度系数,L0为弹簧的初始长度。
应用举例。
假设有一根机械弹簧,其预紧力为100N,刚度系数为50N/mm,初始长度为200mm,现在需要计算其自由高度。
根据上述公式,可以得到:H0 = (100/50) + 200 = 2 + 200 = 202mm。
因此,该机械弹簧的自由高度为202mm。
结论。
机械弹簧的自由高度是其设计和使用中的重要参数,通过计算公式可以得到弹簧的自由高度。
了解弹簧的自由高度有助于确定弹簧的工作范围、稳定性和寿命,对于设计和使用弹簧具有重要的意义。
希望本文介绍的机械弹簧自由高度计算公式及其应用能够对读者有所帮助。
弹簧初始高度计算公式
弹簧初始高度计算公式弹簧是一种能够储存和释放能量的装置,它常常用于各种机械设备中。
在工程设计中,我们经常需要计算弹簧的初始高度,以便确保其在使用过程中能够正常工作。
本文将介绍弹簧初始高度的计算公式,并讨论一些与弹簧设计相关的重要概念。
弹簧的初始高度是指在未受外力作用时,弹簧两端的距离。
在设计弹簧系统时,我们需要根据实际需求来确定弹簧的初始高度,以确保在使用过程中能够满足设计要求。
弹簧的初始高度计算公式可以通过以下步骤来推导。
首先,我们需要了解弹簧的一些基本参数,包括弹簧的刚度系数(k)、外力(F)和弹簧的变形量(x)。
弹簧的刚度系数是指在单位变形量下弹簧所受的力,通常用N/m来表示。
外力是指作用在弹簧上的力,通常用N来表示。
弹簧的变形量是指弹簧由初始状态到受外力作用后的变形量,通常用m来表示。
根据胡克定律,弹簧的变形量与外力成正比,即F=kx。
根据这个关系,我们可以得到弹簧的变形量与刚度系数和外力的关系,即x=F/k。
这个公式告诉我们,弹簧的变形量与外力成正比,与弹簧的刚度系数成反比。
接下来,我们来推导弹簧的初始高度计算公式。
假设弹簧的初始高度为h0,当外力作用在弹簧上时,弹簧的变形量为x。
根据弹簧的初始高度和变形量的关系,我们可以得到h0=x0+x,其中x0为弹簧的初始变形量。
由于弹簧的初始变形量通常为0,所以我们可以得到弹簧的初始高度计算公式为h0=x。
通过这个公式,我们可以很容易地计算出弹簧的初始高度。
只需要知道弹簧的刚度系数和外力,就可以根据公式来计算出弹簧的初始高度。
这个公式为工程设计提供了很大的便利,可以帮助工程师们更好地设计和使用弹簧系统。
除了弹簧的初始高度计算公式,还有一些与弹簧设计相关的重要概念需要我们了解。
首先是弹簧的材料选择。
弹簧通常由弹簧钢或不锈钢制成,这些材料具有良好的弹性和耐腐蚀性,可以满足各种工程需求。
其次是弹簧的设计参数。
在设计弹簧系统时,我们需要考虑弹簧的刚度系数、外力、变形量等参数,以确保弹簧能够正常工作。
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压力弹簧的 设计数据, 负 荷;
弹簧常数: 以k表示, 当弹簧被压 缩时,每增 加1mm距离 的负荷 (kgf/mm); 弹簧常数公 式(单位: kgf/mm): K=(G×d 4)/(8 ×Dm3× Nc)
G=线材的钢 性模数:琴 钢丝G=8000 ;不锈钢丝 G=7300;磷 青铜线 G=4500 ; 黄铜线 G=3500 d=线径
拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力 弹簧的计算 公式相同。
拉力弹簧的 初张力:初 张力等于适 足拉开互相 紧贴的弹簧 并圈所需的 力,初张力 在弹簧卷制 成形后发生 。拉力弹簧 在制作时, 因钢丝材质 、线径、弹 簧指数、静 电、润滑油 脂、热处理 、电镀等不 同,使得每 个拉力弹簧 初始拉力产 生不平均的 现象。所以 安装各规格 的拉力弹簧 时,应预拉 至各并圈之 间稍为分开 一些间距所 需的力称为 初张力。 初张力=P(k×F1)= 最大负荷(弹簧常数 ×拉伸长 度)
扭力弹簧 弹簧常数: 以 k 表示, 当弹簧被扭 转时,每增 加1°扭转 角的负荷 (kgf/mm). 弹簧常数公 式(单位: kgf/mm): K=(E×d 4)/(1 167×D m×p×N ×R)
E=线材之钢 性模数:琴 钢丝 E=21000 , 不锈钢丝 E=19400 , 磷青铜线 E=11200,黄 铜线 E=11200 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径 =Do-d N=总圈数 R=负荷作用 的力臂 p=3.1416
Do=OD=外径
Di=ID=内径 Dm=MD=中径 =Do-d
压力、拉力、扭力弹簧计算步骤
N=总圈数 Nc=有效圈 数=N-2 弹簧常数计 算范例:线 径=2.0mm , 外径=22mm , 总圈数 =5.5圈 ,钢 丝材质=琴 钢丝
K=(G×d4) /(8×D m3×N c)=(8 000×2 4)/(8 ×203× 3.5)= 0.571 kgf/m m
压力弹簧
步骤