圆柱弹簧的设计计算
圆柱螺旋扭转弹簧计算公式（可编辑）（可编辑）
簧丝截面形状
抗弯截面系数 Zm 惯性距 l
扭转变形角 弯曲应力 σ
簧丝直径 d/mm
圈数 n
注:Kt、K′t 为扭转弹簧的曲度因子，Kt=（4C-1）/（4C-4）；K′t=（3C-1）/（3C-3）。
参数名称 工作扭矩 试验扭矩 工作扭转角 工作圈数
各圈间的间距 节距
螺旋角
符号 Ti Ts
n t α
关系式
安装时必须预加扭矩 T1
说明
对应于最大试验弯曲应力 的扭矩。对应的扭转变形角为 。
变形范围
所需的最少圈数 无间距的制造容易，有间距的特性线精度高
自由长度
H0
簧丝长度
L
注：对矩形截ห้องสมุดไป่ตู้弹簧，表中的 d 应相应地改用 a 或 b。
圆柱螺旋压缩弹簧计算公式
圆柱螺旋压缩弹簧计算公式在设计和制造圆柱螺旋压缩弹簧时，我们需要了解一些基本的计算公式。
以下是一些常用的圆柱螺旋压缩弹簧计算公式。
1.弹簧的刚度：k=(Gd^4)/(8D^3n)其中，k为弹簧的刚度；G为弹簧材料的切变模量；d为弹簧线径；D为弹簧的平均直径；n为弹簧的有效圈数。
2.弹簧的刚度系数：弹簧的刚度系数是指单位长度的弹簧所具有的恢复力除以压缩或拉伸长度的比值。
弹簧的刚度系数可以通过以下公式计算：C=k/L其中，C为弹簧的刚度系数；k为弹簧的刚度；L为弹簧的压缩或拉伸长度。
3.弹簧的自由长度：弹簧的自由长度是指在没有外力作用下，弹簧的两端之间的距离。
弹簧的自由长度可以通过以下公式计算：L0=N*d其中，L0为弹簧的自由长度；N为弹簧的有效圈数；d为弹簧线径。
4.弹簧的负荷：弹簧的负荷是指施加在弹簧上的外力。
弹簧的负荷可以通过以下公式计算：F=k*δ其中，F为弹簧的负荷；k为弹簧的刚度；δ为弹簧的变形量。
5.弹簧的变形量：弹簧的变形量是指弹簧在受外力作用下的压缩或拉伸长度。
弹簧的变形量可以通过以下公式计算：δ=F/k其中，δ为弹簧的变形量；F为弹簧的负荷；k为弹簧的刚度。
6.弹簧的应变能：弹簧的应变能是指弹簧在外力作用下储存的弹性能量。
E=(1/2)*k*δ^2其中，E为弹簧的应变能；k为弹簧的刚度；δ为弹簧的变形量。
这些公式可以用于设计和计算圆柱螺旋压缩弹簧的各种参数。
通过合理选择弹簧材料、线径、有效圈数等参数，可以满足不同机械装置的弹簧弹性需求。
需要注意的是，以上公式是基于理想情况下的计算，实际应用时还需要考虑一些实际因素的影响，如材料的疲劳性、临界应力等。
在实际应用中，计算公式只是指导性的参考，需要结合具体的工程要求和实际情况进行综合考虑和调整。
为了确保弹簧的安全可靠性和性能，通常还需要进行弹簧的强度计算、疲劳寿命评估等工作。
总而言之，圆柱螺旋压缩弹簧的计算涉及多个参数和公式，需要按照具体的工程需求和实际情况进行综合考虑和调整。
圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算
圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算
一、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计原理
1、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧原理
圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧是一种特殊的弹簧，其结构设计使用了螺
旋结构，螺旋结构的形状是一个圆柱形的圆柱螺纹。
圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的压缩（拉伸）受力分布差异，当进行压缩（拉伸）力作用时，弹簧
的整个螺旋节在不同的力矩作用下会产生相应的弹性变形，从而使得弹簧
的中心轴变长，以缩短弹簧的长度。
2、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧特性
圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧具有对同直径和外径的小变化具有很强的
适应性的特性，同时，压缩（拉伸）力也有必要时可以根据弹性变形率来
改变。
圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的压缩（拉伸）受力分布差异，当进行
压缩（拉伸）力作用时，弹簧的整个螺旋节在不同的力矩作用下会产生相
应的弹性变形，从而使得弹簧的中心轴变长，从而缩短弹簧的长度。
此外，这种弹簧具有紧凑结构，能够有效地减少设备装置内的多余空间，重量轻，由于采用细小的钢、不锈钢、铜或其它有良好装配性的金属等材料，具有
良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐臭氧性等性能。
圆柱螺旋拉伸弹簧的设计计算
圆柱螺旋拉伸弹簧的设计计算
一、定义
1、圆柱螺旋弹簧：圆柱螺旋弹簧由弯曲的螺旋条组成，可在垂直和
轴向两个轴上拉伸。
它可以提供可靠的形变响应，并具有很强的耐用性和
重复性。
2、设计计算：圆柱螺旋弹簧的设计计算主要是根据弹簧性能要求，
确定标准尺寸、曲率半径等参数，并且确定合适的材料，使弹簧工作正常。
二、材料选择
圆柱螺旋弹簧主要由碳钢和不锈钢制成，所以在选择材料时要注意材
料的弹性模量，刚度和耐腐蚀性的特点。
1、碳钢：碳钢具有良好的抗张性能，耐腐蚀性不强。
碳钢的弹性模
量比不锈钢低好多，所以轻微的弹簧最好采用碳钢。
2、不锈钢：不锈钢具有很高的弹性模量和较高的耐蚀性，因此适用
于强度较大的圆柱螺旋弹簧。
三、尺寸设计
1、外径：根据弹簧的外形和尺寸，圆柱螺旋弹簧的外径可以在固定
的范围内变化，一般为30mm-100mm。
2、螺距：一般采用固定螺距，使用相同的螺距可以达到更好的组装
精度，以减少工程成本。
3、曲率半径：曲率半径取决于弹簧的用途，一般的圆柱螺旋弹簧使
用的曲率半径为30mm-1000mm。
4、钢丝直径：根据弹簧的负载性能，确定材料和钢丝直径，以满足弹簧的负载要求。
圆柱螺旋压缩弹簧计算
展开长度L
mm
最小载荷时高度H1
mm
最大载荷时高度Hn
mm
极限载荷时高度Hj
mm
实际工作行程h
mm
h=H1-Hn=143.48-111.45=32.03≈32±1
技术要求：
1.工作圈数=10.5
2.总圈数n1=12.5
3.旋向为右旋
4.展开长度L=1735.67mm
5.硬度HRC45~50
弹簧刚度P/
N/mm
工作极限载荷下的变形量Fj
mm
Fj=nfj=10.5×6.16=64.68
节距t
mm
自由高度H0
mm
H0=nt+1.5d=10.5×14.16+1.5×8=160.68
取标准值H0=160
弹簧外径D2
mm
D2=D+d=44+8=52
弹簧内经D1
mm
D1=D-d=44-8=36
螺旋角a
圆柱螺旋压缩弹簧计算
项目
单位
公式及数据
原
始
条
件
最小工作载荷P1
N
P1=750
最大工作载荷Pn
N
Pn=2200
工作行程h
mm
h=32
端部结构
端部并紧、磨平，支承圈数为1圈
弹簧中径D
mm
44
弹簧直径d
mm
8
弹簧材料
60Si2Mn
旋绕比C
曲度系数K
mpa
材料极限切应力、材料切变模量
Тi= 471
G=78500
参
数
计
算
初算弹簧刚度P/
N/mm
圆柱螺旋弹簧一般计算公式
1. 弹簧刚度：
2. 力值： 其中：G 为材料剪切模量，一般不锈钢取71500Mpa,碳钢取
78500Mpa ；
d 为材料直径；
D 为弹簧中径；
n 为弹簧有效圈数；
f 为变形量（拉压行程）。
3. 应力： K 为曲度系数，公式为： 其中C 为弹簧旋绕比，是弹簧中径与线径的比值，即
4. 下表是GB/T23935-2009（圆柱螺旋弹簧设计计算）中压缩弹簧及拉伸弹簧的试验切应力及许用应力表
表2-1
n D d G 34
,
8P =f 8f 34,
⋅==n D Gd P P K PC K ⋅=⋅=2
3d 8d 8PD ππτC
C C K 615.04414+--=d D
C =
比压簧多了初拉力，加上初拉力就行。
初拉力： 其中初拉力τ0按初切应力图选取，见下图。
三．扭簧：
1.计算刚度 Dn
Ed M 3670'4= Nmm/° 2.扭矩 ϕ⋅=Dn
Ed M 36704
Nmm 式中:d---材料直径；
E---材料的弹性模量，一般不锈钢丝取188000Mpa ，碳素钢丝
取206000Mpa ；
D---弹簧外径；
ϕ---弹簧的扭转行程（角度）；
4. 应力： K1为曲度系数，顺旋向扭转取1，逆旋向扭转时按下式：
308τπ⋅=D d P 132
.10K d
M ⋅=σ
下表是GB/T23935-2009（圆柱螺旋弹簧设计计算）中扭转弹簧的试验切应力及许用应力表
C
C C C K 4414221---=。
圆柱螺旋压缩弹簧计算
圆柱螺旋压缩弹簧计算1.圆柱螺旋压缩弹簧的计算原理：圆柱螺旋压缩弹簧的计算原理基于胡克定律和弹性力学理论。
胡克定律指出，在弹性范围内，弹簧的变形量与外力之间存在线性关系。
根据弹性力学理论，圆柱螺旋压缩弹簧的变形量与载荷、弹簧材料的物理性质以及弹簧的几何尺寸相关。
2.弹性系数的计算：弹簧的弹性系数是指单位变形量产生的弹力大小，通常用牛顿/米（N/m）表示。
对于圆柱螺旋压缩弹簧，其弹性系数的计算公式为：K=(Gd^4)/(8D^3n)其中，K为弹性系数，G为剪切模量，d为线径，D为弹簧直径，n为弹簧的有效圈数。
3.刚度系数的计算：弹簧的刚度系数是指单位载荷产生的变形量大小，通常用米/牛顿（m/N）表示。
对于圆柱螺旋压缩弹簧，其刚度系数的计算公式为：C=1/K其中，C为刚度系数，K为弹性系数。
4.变形量的计算：ΔL=(F*L)/(n*Gd^4/8D^3)其中，ΔL为变形量，F为外力大小，L为弹簧的自由长度，n为弹簧的有效圈数，G为剪切模量，d为线径，D为弹簧直径。
5.实例分析：假设有一个圆柱螺旋压缩弹簧，其线径为10mm，弹簧直径为50mm，有效圈数为10，剪切模量为80GPa，弹簧的自由长度为100mm。
现在对该弹簧进行计算。
首先计算弹性系数K：K=(80*10^9Pa*(10/1000)^4)/(8*(50/1000)^3*10)≈8.025N/m然后计算刚度系数C：C=1/K≈0.1249m/N最后计算变形量ΔL：假设外力F为100NΔL = (100N * 100mm) / (10 * (80 * 10^9 Pa * (10 / 1000)^4) / (8 * (50 / 1000)^3))综上所述，圆柱螺旋压缩弹簧的计算涉及弹性系数、刚度系数和变形量的计算。
根据弹簧的几何尺寸、材料性质和外力大小，可以通过相应的计算公式得到这些参数，从而进行弹簧的设计和选择。
圆柱螺旋弹簧计算
圆柱螺旋弹簧计算圆柱螺旋弹簧是一种常见的弹簧结构，广泛应用于机械、汽车、电子等领域。
它的作用是根据外力的作用而发生形变，储存能量，并在外力解除后产生回弹力。
计算圆柱螺旋弹簧的参数与性能是设计和使用弹簧的重要内容，下面将详细介绍如何计算圆柱螺旋弹簧。
首先，需要明确圆柱螺旋弹簧的基本结构。
圆柱螺旋弹簧由螺旋线圈和两端的固定部分组成。
常见的参数包括螺旋线圈的内径和外径、线径、弹簧的总长度、螺旋线圈的数量等。
在计算圆柱螺旋弹簧的过程中，需要涉及到以下几个关键参数：1. 弹性系数（Spring constant）：弹性系数是指弹簧在承受单位长度的形变时所产生的弹性力。
可以通过材料的力学性能参数、弹簧的几何参数和弹簧的截面形状等来计算和确定。
2. 自由长度（Free length）：自由长度是指弹簧在没有受到任何外力时所处的长度。
可以根据设计需求和螺旋线圈的总数来确定。
3. 延伸长度（Extension length）：延伸长度是指弹簧在受到外力拉伸时所产生的形变长度。
可以通过弹簧的自由长度和形变量来计算。
4. 刚度（Stiffness）：刚度是指当弹簧被拉伸或压缩时单位长度所受到的力的大小。
可以通过弹簧的弹性系数和长度来计算。
5. 最大拉伸长度（Maximum deflection）：最大拉伸长度是指弹簧能够承受的最大形变量。
可以根据弹簧的材料特性和几何参数来计算。
接下来，我们将逐步介绍如何计算圆柱螺旋弹簧的各个参数。
1. 弹性系数（Spring constant）弹性系数是指单位长度内所受到的弹性力。
对于圆柱螺旋弹簧而言，弹性系数可以通过以下公式来计算：K=(Gd^4)/(8D^3n)其中，K为弹性系数，G为材料的剪切模量，d为线径，D为螺旋线圈的直径，n为螺旋线圈的总数。
2. 自由长度（Free length）自由长度是指弹簧在没有受到任何外力时所处的长度。
自由长度可以根据设计需求和螺旋线圈的总数来确定。
圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算
圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算圆柱螺旋压缩弹簧是一种常见的弹簧结构，具有重要的弹簧特性，广泛应用于机械设备、汽车、航空航天等领域。
设计计算圆柱螺旋压缩弹簧需要考虑材料的特性、工作环境、载荷条件等因素。
下面将详细介绍圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算方法。
1.第一步：确定设计参数设计圆柱螺旋压缩弹簧的第一步是确定设计参数，包括弹簧材料、弹簧直径、弹簧长度、扭矩、载荷等。
根据实际使用需求和弹簧的工作环境，选择合适的弹簧材料，一般常用的材料有弹簧钢、钢丝，也可以根据具体需要选择其他材料。
2.第二步：计算细节参数根据设计参数，可以计算得到弹簧的一些细节参数。
首先，通过弹簧的自由长度、线径和扭转角等参数，计算得到螺旋压缩弹簧的几何特性，包括平均直径、圈数、绕制长度等。
其次，根据材料的特性和载荷条件，计算得到弹簧的刚度系数和承载能力。
3.第三步：弹簧的受力分析弹簧在工作中受到载荷的作用，需要进行受力分析。
根据载荷的大小和方向，计算得到弹簧的最大应力、变形量和弹簧应变能等参数。
在弹簧的受力分析中，需要考虑弹簧的静态刚度和动态刚度，以及载荷的周期性变化对弹簧的影响。
4.第四步：校核设计根据计算得到的参数，进行弹簧设计的校核。
首先，根据弹簧材料的强度和安全系数，判断设计的合理性。
其次，根据弹簧的尺寸和载荷条件，进行弹簧的参数调整，优化设计方案。
最后，进行弹簧的模拟试验或实验验证，确保设计的可靠性和安全性。
以上是圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算方法，需要综合考虑弹簧的几何特性、材料特性和载荷条件等因素，进行详细的设计计算，以满足具体需求。
整个设计过程需要严谨的计算和校核，确保弹簧设计的准确性和可靠性。
圆柱螺旋弹簧设计计算表
圆柱螺旋弹簧设计计算表
4 - 16
外径Demax. 350 mm工作线圈数nmin. 3比
率b/h1:5 - 5:1自由长度L0max. 1500 mm长细
比L0/D1 - 15间距p(0.2 - 0.4) D - 无预压弹簧
弹簧收尾设计
.
A =半圈
B = 整圈
C = 侧面整圈
D =双扭曲整圈
E = 侧面双扭曲整圈
F = 内部整圈
G =. 提高的挂勾H = 侧面提高的挂勾L = 锥形旋转小圈收尾I = 小圈J = 侧面小圈K = 倾斜的整圈
M = 锥形旋转螺栓收尾N = 螺丝状收尾O = 螺丝状束缚收尾
拉伸弹簧通常使用几种不同高度和特性的挂钩来固定（A..J）。
从技术角度讲，固定挂钩是最好的解决方案，但是，这也带来弹簧负载的一些确定问题。
弹簧负载带给挂钩集中的负载应力，该负载应力可能明显地高于弹簧线圈所计算的应力。
针对在挂钩中产生的弯曲应力，小圈（类别 I, J）或双圈（类别 D, E）是最佳方案。
针对由线变成线圈所产生的集中的扭转应力，侧边整圈（类别 C,E,I）是最佳方案。
对于挂钩的独立设计，以下挂钩高度值指定如下：
热成型弹簧，方形线圈弹簧以及循环负载弹簧通常无弹簧卡钩使用(M..O. design)。
无固定挂钩弹簧使用边缘线圈固定，弹簧功能变形中线圈间距不会变化。
圆柱螺旋弹簧设计计算标准
圆柱螺旋弹簧设计计算标准
圆柱螺旋弹簧的设计及计算是现代机械设计制造行业中很重要的
一个环节，而圆柱螺旋弹簧是在工业机械领域中最常用的一种精密弹
簧设备。
因此，为了保证圆柱形螺旋弹簧的质量，了解其设计和计算
标准，对实现可靠性和可持续性是非常重要的。
首先，圆柱形螺旋弹簧的设计标准主要包括它的端面形状、平面
尺寸、齿筒外径、材料条件和载荷等。
一般情况下，弹簧的端面形状
可以是多支或一支，而其平面尺寸可以根据实际应用的不同而有所不同。
齿筒外径则要根据弹簧飞线的大小以及端面形状和平面尺寸等来
确定，材料条件则要根据实际安装位置和使用状况来考虑，而载荷数
值也是要根据实际使用状况和圆柱形螺旋弹簧的计算分析结果来确定的。
其次，圆柱形螺旋弹簧的计算标准主要根据它的工作状态来确定，这些状态可以分为压缩，拉伸和扭矩等几种。
压缩状态下，主要需要
计算圆柱形螺旋弹簧端面之间的扭转比和本行转角；拉伸状态下，则
要计算其弹簧金曲线；而扭矩状态下，要算出简单或复杂混合扭矩系
数。
除此之外，还要根据实际状态去计算铰接数据，这些数据包括铰
接段长度和铰接面与安装平面的联系系数等。
总的来说，圆柱形螺旋弹簧的设计和计算标准非常复杂，需要经
过综合分析和计算，以确保设计的正确性。
它的设计标准主要是端面
形状、平面尺寸和载荷等，而它的计算标准则主要根据它的工作状态、金曲线和铰接数据等来确定。
此外，还要考虑材料条件和试验要求等，才能实现有效的圆柱形螺旋弹簧设计。
圆柱弹簧的设计计算
圆柱弹簧的设计计算圆柱弹簧是一种常见的弹性元件，通常用于机械装置和工具中。
它的设计计算是根据弹簧的工作负载和材料特性来进行的。
本文将详细介绍圆柱弹簧的设计计算过程及注意事项。
首先，设计计算的第一步是确定弹簧的工作负载。
弹簧的工作负载是指它所要承受的力或变形。
根据工程需求，我们需要确定弹簧承受的最大力和变形程度。
最大力通常是指弹簧所承受的静载或动载，而变形程度则是指弹簧的线材变形量。
这两个参数将成为后续计算的基础。
接下来，我们需要选择适当的弹簧材料。
弹簧材料应具备较高的弹性模量和耐久性，以确保弹簧在工作条件下不会发生塑性变形或断裂。
常用的弹簧材料有钢、不锈钢和合金钢等。
根据应用需求和弹簧所承受的最大力，我们可以选择适当的弹簧材料。
在选择弹簧材料后，我们需要计算弹簧的弹性常数。
弹性常数是指单位长度的弹簧线材在单位力下的变形量。
弹性常数可以根据弹簧线材的杨氏模量和截面形状来计算。
对于圆柱弹簧来说，弹性常数可以用以下公式进行计算：k=(G*d^4)/(8*D^3*n)其中，k是弹簧的弹性常数，G是弹簧线材的剪切模量，d是弹簧线材的直径，D是弹簧线材的直径和弹簧的外径之和，n是弹簧的圈数。
接下来，我们需要计算弹簧的刚度。
弹簧的刚度是指单位力下弹簧的变形量。
根据钩-氏定律，弹簧的刚度可以用以下公式计算：F=k*x其中，F是施加在弹簧上的力，k是弹簧的弹性常数，x是弹簧的变形量。
设计计算的最后一步是根据弹簧的刚度和工作负载来确定弹簧的尺寸。
根据弹簧的工作负载，我们可以确定所需的弹簧刚度。
然后，通过选择合适的材料和截面形状，我们可以计算出弹簧线材的直径和弹簧的外径。
此外，还需要考虑弹簧的几何形状和细节设计。
在设计过程中，还应注意以下几点：1.弹簧的刚度应能满足所需的负载要求，并在给定范围内调整。
2.弹簧的线材应具备足够的强度，以防断裂或塑性变形。
3.弹簧的圈数应满足实际应用需求，以确保弹簧在工作过程中具有足够的变形量。
圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算
圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算以下是一份关于圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的大致内容：1.弹簧几何参数的确定：-外径（D）：根据弹簧所需的工作空间和装配尺寸确定。
-内径（d）：通常选择减径比为0.15~0.25，具体值视实际情况而定。
-有效圈数（n）：根据工作压缩量和弹簧的高度限制确定。
-线径（d）：根据所需工作荷载、弹簧材料和工作条件的选择，根据公式d=16√F/nG确定。
2.弹簧材料的选择：-弹簧材料需要具备一定的弹性和抗疲劳性能。
-常用材料有高碳钢、合金钢、不锈钢等，根据工作条件及要求进行选择。
-注重耐腐蚀性、耐高温性以及材料的可加工性等特性。
3.力学计算：- 计算弹簧的刚度系数（K）：K=F/delta，在设计时需要考虑弹性系数的合适取值。
也可通过试验进行测定。
- 计算弹簧的自由长度（Lo）：L0=(l-delta)/n-根据实际工作条件确定压缩量和最大工作压力等参数。
4.应变和应力的计算：-根据弹簧的受力情况，计算每个弹簧环的应变和应力，并进行验证。
- 弹簧环的应变应力计算公式：sigma = F/A, epsilon = (delta - delta_0)/h。
-其中，A为截面面积，h为每圈弹簧环的高度。
5.强度验证：-根据所选材料的特性和弹簧的工作条件，进行强度验证。
-检查弹簧是否满足弹性限制、屈曲限制和疲劳限制等要求。
-通过有限元分析和试验等方法进行验证。
6.弹簧的热处理和表面处理：-根据弹簧材料的要求和工作环境进行热处理，如淬火、回火等。
-对于特殊要求的弹簧，可能需要进行表面处理，如电镀、喷涂等。
7.弹簧的装配和检验：-弹簧装配时需注意其方向，以及与周围零件的配合要求。
-弹簧经过设计和制造后，需要进行功能和质量的检验，确保其能够稳定工作。
这仅仅是一个简单的大致设计计算步骤，实际的设计过程中还需要考虑到更多详细的参数和因素，如温度、摩擦系数、阻尼等等。
同时，还需要结合实际项目需求、制造工艺、经验和实验等方法进行综合评估和调整。
圆柱螺旋压缩弹簧计算公式
圆柱螺旋压缩弹簧计算公式圆柱螺旋压缩弹簧是机械中常用的一种元件，可以用于各种机械装置中，用于提供压缩力、缓冲力和储能等功能。
圆柱螺旋压缩弹簧的设计和计算公式一般包括弹簧刚度、载荷、工作长度、自由长度等参数的计算。
下面将详细介绍圆柱螺旋压缩弹簧的计算公式。
1.弹簧刚度：弹簧刚度是指弹簧在单位长度内所产生的载荷与该长度内的变形之比，用符号C表示，其单位为N/mm。
弹簧刚度可以通过几何参数和材料的弹性模量来计算。
若弹簧线直径为d，弹簧线直径外形半径为D，圈数为n，弹簧长度为L，则弹簧刚度C的计算公式为：C=(Gd^4)/(8D^3n)其中，G为弹簧材料的剪切模量，d和D的单位为mm，n为无量纲。
2.载荷：载荷是指施加在弹簧上的力或重量，用符号F表示，其单位为N。
载荷的大小会影响到弹簧的变形和工作性能。
3.工作长度：工作长度是指弹簧在工作状态下的长度，也称为工作高度，用符号H表示，其单位为mm。
工作长度的大小与弹簧的刚度和载荷有关。
4.自由长度：自由长度是指弹簧在无外力作用时的长度，用符号L0表示，其单位为mm。
自由长度的大小与弹簧线直径、圈数和线径外径有关。
根据载荷、工作长度和自由长度，可以计算出弹簧的变形量。
变形量是指弹簧在工作状态下相对于自由状态下的变化长度，用符号δ表示，其单位为mm。
5.弹簧力：弹簧力是指弹簧在工作状态下所产生的力，用符号Fspring表示，其单位为N。
弹簧力可以通过弹簧刚度和变形量的乘积来计算。
Fspring = C * δ其中C为弹簧刚度，δ为变形量。
综上所述，圆柱螺旋压缩弹簧的计算公式包括弹簧刚度、载荷、工作长度、自由长度和弹簧力等参数的计算公式。
这些参数的计算可以帮助工程师根据具体的需求来选择和设计合适的圆柱螺旋压缩弹簧，以满足机械装置的要求。
圆-钢丝圆柱螺旋弹簧设计计算例题
圆钢丝圆柱螺旋弹簧设计计算例题三、设计计算结果汇总：1、设计计算数据见表1表1 设计计算参数汇总表2、弹簧工作图样图1弹簧工作图技术要求a．弹簧端部形式：YI冷卷压缩弹簧；b．总圈数：n1 = 6.0圈；c．有效圈数：n = 4.0圈；d．旋向：右旋；e．强化处理：喷丸和立定处理；f．喷丸强度0.3 A ～ 0.45A，表面覆盖率大于90%；g．表面处理：清洗上防锈油；h．制造技术条件：其余按GB/T 1239.2二级精度。
2) 圆钢丝圆柱螺旋拉伸弹簧设计计算例题例2 :设计一拉伸弹簧，循环次数N =1.0×105次。
工作负荷F =160N,工作负荷下变形量为22mm，采用LⅢ圆钩环，外径D2=21mm。
一、题解分析：a)此拉伸弹簧要求循环次数N = 1.0×107次，由此说明弹簧是按有限寿命设计；b)题设给出了最大工作负荷及对应变形量：c)端部结构采用LⅢ圆钩环，即为圆勾环扭中心；d)弹簧外径D2 = 21mm。
二、解题方法：由以上分析可知，本题中未给出自由高度，说明自由高度可在满足其它条件下按实际计算而定，显然，本题是按表1中第一个设计计算条件及要求给出的。
方法1：严格设计法1）材料选取，根据弹簧使用的疲劳寿命要求，我们可选重要用途的碳素弹簧钢丝E 组别的钢丝，根据弹簧手册P345表10-16查得材料抗拉强度d b ln 3582072-=σ即本讲公式（2）中的 a = 2072；b = -358 从分析可知本弹簧按有限寿命使用，即由表3查得试验切应力的强度系 数为0.5×0.8 = 0.40即：b S στ4.0=；许用切应力系数36.08.045.0=⨯=κ即：b κστ=][ 2） 把题中给定的D = 21mm;F = 160N 及以上所选取的材料所查找的有关强度许用应力系数a = 2072；b = -358; 及36.0=κ代入本讲公式（2）：0)2)(ln ()08.054.64(2322222≤-+-+-d d D d b a d d D D F πκ化简得：05644808.439486.25)ln 35.849897.49185()ln 37.80938.4684(234≤+-+---d d d d d d解得：d ＞2.43 mm 取：d = 2.5mm ；此时，材料抗拉强度)5.2ln(3582072-=b σ=1744Mpa 而查标准附录7—表7.1得b σ= 1680Mpa ； 由此可见相对误差不到3.9%完全满足GB/5311标准的范围，因为标准给出的值按最低值给出。
圆柱螺旋压缩弹簧设计计算
% 圆柱螺旋压缩弹簧设计计算% M文件中的表16-3和表16-5见参考文献[1]% 已知条件：最小和最大弹簧载荷、工作行程、剪切弹性模量、许用应力、最小内径F1=500;F2=1200;h=60;G=7.85e4;sigma=1420;D1_min=50;% 1-按照强度条件确定弹簧丝直径% 由于弹簧丝材料强度与它的直径相关，需要采用试算法ds=input(' 试选弹簧丝直径(mm) ds = ');sigma_b=input(' 按照表16-3，选择弹簧丝强度极限(MPa) sigma_b = ');tau_p=0.45*sigma_b;fprintf(' 许用剪切应力tau_p = %3.4f MPa \n',tau_p);Cj=D1_min/ds+1;fprintf(' 计算弹簧指数Cj = %3.4f \n',Cj);C=input(' 按照表16-5，选择弹簧指数C = ');Kq=(4*C-1)/(4*C-4)+0.615/C;fprintf(' 计算曲度系数Kq = %3.4f \n',Kq);dj=sqrt(8*Kq*F2*C/(pi*tau_p));fprintf(' 计算簧丝直径dj = %3.4f mm \n',dj);if dj>dsdisp ' 不安全，需要重选弹簧丝直径'elsedisp ' 安全'd=ds; % 确定弹簧丝直径end第1次试算：试选弹簧丝直径(mm) ds = 6按照表16-3，选择弹簧丝强度极限(MPa) sigma_b = 1420许用剪切应力tau_p = 639.0000 MPa计算弹簧指数Cj = 9.3333按照表16-5，选择弹簧指数C = 9计算曲度系数Kq = 1.1621计算簧丝直径dj = 7.0721 mm不安全，需要重选弹簧丝直径第2次试算：试选弹簧丝直径(mm) ds = 7按照表16-3，选择弹簧丝强度极限(MPa) sigma_b = 1370许用剪切应力tau_p = 616.5000 MPa计算弹簧指数Cj = 8.1429按照表16-5，选择弹簧指数C = 8计算曲度系数Kq = 1.1840计算簧丝直径dx = 6.8520 mm安全% 2-按照刚度条件确定弹簧工作圈数Kj=(F2-F1)/h;fprintf(' 计算弹簧刚度Kj = %3.4f N/mm \n',Kj);nj=G*d/(8*C^3*Kj);fprintf(' 计算弹簧圈数nj = %3.4f \n',nj);n=input(' 选取弹簧工作圈数n = ');n2=input(' 选取弹簧支承圈数n2 = ');n1=n+n2;fprintf(' 弹簧总圈数n1 = %3.4f \n',n1);% 计算弹簧的刚度和变形量Kp=G*d/(8*C^3*n);f1=F1/Kp;f2=F2/Kp;fprintf(' 弹簧实际刚度Kp = %3.4f N/mm \n',Kp);fprintf(' 弹簧最小变形量f1 = %3.4f mm \n',f1);fprintf(' 弹簧最大变形量f2 = %3.4f mm \n',f2);计算结果：计算弹簧刚度Kj = 11.6667 N/mm计算弹簧圈数nj = 11.4990选取弹簧工作圈数n = 12选取弹簧支承圈数n2 = 2弹簧总圈数n1 = 14.0000弹簧实际刚度Kp = 11.1796 N/mm弹簧最小变形量f1 = 44.7243 mm弹簧最大变形量f2 = 107.3383 mm% 3-弹簧稳定性校核D2=C*d;fprintf(' 弹簧中径D2 = %3.4f mm \n',D2);delta=input(' 选取相邻两圈弹簧丝间隙系数delta = ');t=(1+delta)*d+f2/n; % 圆柱螺旋压缩弹簧fprintf(' 弹簧节距t = %3.4f mm \n',t);Y=input(' 选取弹簧端部结构类型Y = '); % 弹簧端部结构类型:1或是2if Y==1H0=n*t+(n2-0.5)*d;elseif Y==2H0=n*t+(n2+1)*d;endfprintf(' 弹簧自由高度H0 = %3.4f mm \n',H0);b=H0/D2;fprintf(' 弹簧高径比 b = %3.4f \n',b);% 采用3次样条插值确定圆柱螺旋弹簧不稳定系数CbDBZC=input(' 选取弹簧端部支承类型DBZC = '); % 弹簧端部支承类型:1、2、3 switch DBZCcase 1 % 1-弹簧两端固定支承bx=[5.3 5.4 5.5 5.75 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 10];Cby=[0.80 0.65 0.60 0.45 0.40 0.325 0.265 0.225 0.19 0.165 0.145 0.125];case 2 % 2-弹簧一端固定、一端自由支承bx=[3.7 3.85 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 8 9 10];Cby=[0.80 0.60 0.50 0.31 0.24 0.20 0.17 0.15 0.13 0.105 0.08 0.075];case 3 % 3-弹簧两端自由支承bx=[2.6 2.8 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 10];Cby=[0.8 0.5 0.4 0.27 0.21 0.15 0.12 0.09 0.075 0.05 0.04 0.03 0.025]; endCb=interp1(bx,Cby,b,'spline'); % 3次样条插值fprintf(' 弹簧不稳定系数Cb = %3.4f \n',Cb);% 绘制圆柱螺旋弹簧不稳定系数Cb线图plot(bx,Cby,'ro',bx,Cby);grid on;xlabel('\bf\it b');ylabel('\bf\it Cb');title('\bf 弹簧不稳定系数线图');switch DBZCcase 1gtext('\bf 1-弹簧两端固定支承')case 2gtext('\bf 2-弹簧一端固定、一端自由支承')case 3gtext('\bf 3-弹簧两端自由支承')endFc=Cb*Kp*H0;fprintf(' 弹簧稳定临界载荷Fc = %3.4f N \n',Fc);if Fc<F2disp ' 弹簧工作不稳定，需要改变参数或是加装导向装置'elsedisp ' 弹簧工作稳定'end计算结果：弹簧中径D2 = 56.0000 mm选取相邻两圈弹簧丝间隙系数delta = 0.15弹簧节距t = 16.9949 mm选取弹簧端部结构类型Y = 1弹簧自由高度H0 = 214.4383 mm弹簧高径比 b = 3.8293选取弹簧端部支承类型DBZC = 3弹簧不稳定系数Cb = 0.2278弹簧稳定临界载荷Fc = 546.0792 N弹簧工作不稳定，需要改变参数或是加装导向装置。
圆柱弹簧的设计与计算
115 120 125 130 135 140 145 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 300 320 340 360 380 400 450 500 550 600 650 700
表8 有效圈数n（圈） 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 压缩弹簧 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15 16 18 20 22 25 28 30 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 拉伸弹簧 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 39 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100
两端圈制扁并紧磨平或不 磨
代号 LⅠ
LⅡ LⅢ
表3 冷卷拉伸弹簧（L）
简
图
端部结构型式 半圆钩环
圆钩环 圆钩环压中心
LⅣ LⅤ LⅥ LⅦ LⅧ
代号 RLⅠ RLⅡ RLⅢ
代号 NⅠ NⅡ NⅢ
偏心圆钩环
长臂半圆钩环 长臂小圆钩环
可调式拉簧 两端具有转钩环
表4 热卷拉伸弹簧（RL）
简
图
端部结构型式 半圆钩环
高的疲劳极限、屈服点和足够的冲出韧度。对热成型的弹簧还要求材料有良好的淬透性、低的过热敏感 性和不易脱碳等性能。
（1）圆柱螺旋弹簧按所受载荷分类 圆柱螺旋弹簧按所受载荷的情况分为三类：
Ⅰ类──受循环载荷作用次数在1×106次以上的弹簧；
Ⅱ类──受循环载荷作用次数在1×103～1×106次范围内及受冲出载荷的弹簧；
圆柱弹簧的设计计算
圆柱弹簧的设计计算（一）几何参数计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：外径D、中径D2、内径D1、节距p、螺旋升角a及弹簧丝直径d。
由下图圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数图可知，它们的关系为：a. = arctg -式中弹簧的螺旋升角a,对圆柱螺旋压缩弹簧一般应在5°〜9°范围内选取。
弹簧的旋向可以是右旋或左旋，但无特殊要求时，一般都用右旋。
圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸计算公式见表（普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式）。
普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式（二）特性曲线弹簧应具有经久不变的弹性，且不允许产生永久变形。
因此在设计弹簧时，务必使其工作应力在弹性极限范围内。
在这个范围内工作的压缩弹簧，当承受轴向载荷P时，弹簧将产生相应的弹性变形，如右图a所示。
为了表示弹簧的载荷与变形的关系，取纵坐标表示弹簧承受的载荷，横坐标表示弹簧的变形，通常载荷和变形成直线关系Q （右图b）。
这种表示载荷与变形的关系的曲线称为弹簧的特性曲线。
对拉伸弹簧，如图＜圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线＞所示，图b为无预应力的拉伸弹簧的特性曲线；图c为有预应力的拉伸弹簧的特性曲线。
右图a中的H0是压缩弹簧在没有承受外力时的自由长度。
弹簧在安装时，通常预加一个压匕）力Fmin，使它可靠地稳定在安装位置上。
Fmin称为弹簧的最小载荷（安装载荷）。
在它的作用下，弹簧的长度被压缩到H1 其压缩变形量为入min。
Fmax 为弹簧承受的最大工作载荷。
在Fmax作用下，弹簧长度减到H2，其压缩变形量增到入max。
入max与入min的差即为弹簧的圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线工作行程h,h=入max一入min。
Flim为弹簧的极限载荷。
在该力的作用下，弹簧丝内的应力达到了材料的弹性极限。
与Flim 对应的弹簧长度为H3,压缩变形量为入lim。
等节距的圆柱螺旋压缩弹 簧的特性曲线为一直线，亦即 压缩弹簧的最小工作载荷 通常取为Fmin=（0.1〜0.5）Fmax ；但对有预应力的 拉伸弹簧（图＜圆柱螺旋拉伸弹 簧的特性曲线＞）， Fmin ＞F0， F0为使只有预应力的拉伸弹 簧开始变形时所需的初拉力。
圆柱弹簧的参数及几何尺寸
1 圆柱弹簧的参数及几何尺寸1、弹簧的主要尺寸之巴公井开创作时间：二O二一年七月二十九日如图所示,圆柱弹簧的主要尺寸有：弹簧丝直径d、弹簧圈外径D、弹簧圈内径D1,弹簧圈中径D2,节距t、螺旋升角a、自由长度H0等.2、弹簧参数的计算弹簧设计中,旋绕比（或称弹簧指数）C是最重要的参数之一.C=D2/d,弹簧指数愈小,其刚度愈年夜,弹簧愈硬,弹簧内外侧的应力相差愈年夜,资料利用率低；反之弹簧愈软.经常使用弹簧指数的选取拜会表.弹簧丝直径d（mm）0.5～1 2.5～67～1618～40 C7～145～125～104～104～84～6弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：弹簧节距t一般按下式取：（对压缩弹簧）；t=d （对拉伸弹簧）；式中：λmax --- 弹簧的最年夜变形量；Δ --- 最年夜变形时相邻两弹簧丝间的最小距离,一般不小于0.1d.弹簧钢丝间距：δ=t-d ；弹簧的自由长度：H=n·δ+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）；H=n·δ+(n0+1)d（两端并紧,但不磨平）.弹簧螺旋升角：,通常α取5～90 .弹簧丝资料的长度：（对压缩弹簧）；（对拉伸弹簧）；其中l为钩环尺寸.2 弹簧的强度计算1、弹簧的受力图示的压缩弹簧,当弹簧受轴向压力F时,在弹簧丝的任何横剖面上将作用着：扭矩T=FRcosα ,弯矩M=FRsinα,切向力Q=Fcosα和法向力N=Fsinα（式中R为弹簧的平均半径）.由于弹簧螺旋角α的值不年夜（对压缩弹簧为6～90 ）,所以弯矩M和法向力N可以忽略不计.因此,在弹簧丝中起主要作用的外力将是扭矩T和切向力Q.α的值较小时,cosα≈ 1,可取T=FR和Q=F.这种简化对计算的准确性影响不年夜.当拉伸弹簧受轴向拉力F时,弹簧丝槽剖面上的受力情况和压缩弹簧相同,只是扭矩T和切向力Q均为相反的方向.所以上述两种弹簧的计算方法可以一并讲述.2、弹簧的强度从受力分析可见,弹簧受到的应力主要为扭矩和横向力引起的剪应力,对圆形弹簧丝系数Ks可以理解为切向力作用时对扭应力的修正系数,进一步考虑到弹簧丝曲率的影响,可获得扭应力式中K为曲度系数.它考虑了弹簧丝曲率和切向力对扭应力的影响.一定条件下钢丝直径3、弹簧的刚度圆柱弹簧受载后的轴向变形量式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量.这样弹簧的圈数及刚度分别为对拉伸弹簧,n1>20时,一般圆整为整圈数,n1<20时,可圆整为1/2圈；对压缩弹簧总圈数n1的尾数宜取1/4、1/2或整圈数,经常使用1/2圈.为了保证弹簧具有稳定的性能,通常弹簧的有效圈数最少为2圈.C值年夜小对弹簧刚度影响很年夜.若其它条件相同时,C值愈小的弹簧,刚度愈年夜,弹簧也就愈硬；反之则愈软.不外,C值愈小的弹簧卷制愈困难,且在工作时会引起较年夜的切应力.另外,k值还和G、d、n有关,在调整弹簧刚度时,应综合考虑这些因素的影响.4、稳定性计算压缩弹簧的长度较年夜时,受载后容易发生图a)所示的失稳现象,所以还应进行稳定性的验算.图a 图b 图c为了便于制造和防止失稳现象呈现,通常建议弹簧的长径比b=H0/D2按下列情况取为：弹簧两端均为回转端时,b≤2.6；弹簧两端均为固定端时,b≤5.3 ；弹簧两端一端固定而另一端回转时,b≤3.7.如果b年夜于上述数值时,则必需进行稳定性计算,并限制弹簧载荷F小于失稳时的临界载荷Fcr.一般取F=Fcr/(2～2.5),其中临界载荷可按下式计算：Fcr=CBkH0式中,CB为不稳定系数,由下图查取.如果F>Fcr,应重新选择有关参数,改变b值,提高Fcr的年夜小,使其年夜于Fmax之值,以保证弹簧的稳定性.若受结构限制而不能改变参数时,就应该加装图b)、c)所示的导杆或导套,以免弹簧受载时发生侧向弯曲.。
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圆柱弹簧的设计计算(一)几何参数计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：外径D、中径D2、内径D1、节距p、螺旋升角α及弹簧丝直径d。
由下图圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数图可知，它们的关系为：式中弹簧的螺旋升角α，对圆柱螺旋压缩弹簧一般应在5°～9°范围内选取。
弹簧的旋向可以是右旋或左旋，但无特殊要求时，一般都用右旋。
圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸计算公式见表(普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式)。
普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式参数名称及代号计算公式备注压缩弹簧拉伸弹簧中径D2 D2=Cd 按普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列表取标准值内径D1 D1=D2-d 外径D D=D2+d 旋绕比C C=D2/d(二)特性曲线弹簧应具有经久不变的弹性，且不允许产生永久变形。
因此在设计弹簧时，务必使其工作应力在弹性极限范围内。
在这个范围内工作的压缩弹簧，当承受轴向载荷P时，弹簧将产生相应的弹性变形，如右图a所示。
为了表示弹簧的载荷与变形的关系，取纵坐标表示弹簧承受的载荷，横坐标表示弹簧的变形，通常载荷和变形成直线关系(右图b)。
这种表示载荷与变形的关系的曲线称为弹簧的特性曲线。
对拉伸弹簧，如图<圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线>所示，图b为无预应力的拉伸弹簧的特性曲线；图c为有预应力的拉伸弹簧的特性曲线。
右图a中的H0是压缩弹簧在没有承受外力时的自由长度。
弹簧在安装时，通常预加一个压力 Fmin，使它可靠地稳定在安装位置上。
Fmin称为弹簧的最小载荷(安装载荷)。
在它的作用下，弹簧的长度被压缩到H1其压缩变形量为λmin。
Fmax为弹簧承受的最大工作载荷。
在Fmax作用下，弹簧长度减到H2，其压缩变形量增到λmax。
圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线λmax与λmin的差即为弹簧的工作行程h,h=λmax-λmin。
Flim为弹簧的极限载荷。
在该力的作用下，弹簧丝内的应力达到了材料的弹性极限。
与Flim对应的弹簧长度为H3，压缩变形量为λlim。
等节距的圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线为一直线，亦即压缩弹簧的最小工作载荷通常取为 Fmin=(0.1～0.5)Fmax；但对有预应力的拉伸弹簧(图<圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线>)， Fmin>F0，F0为使只有预应力的拉伸弹簧开始变形时所需的初拉力。
弹簧的最大工作载荷Fmax，由弹簧在机构中的工作条件决定。
但不应到达它的极限载荷，通常应保持Fmax≤0.8Flim。
弹簧的特性曲线应绘在弹簧工作图中，作为检验和试验时的依据之一。
此外，在设计弹簧时，利用特性曲线分析受载与变形的关系也较方便。
圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线(三) 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载时的应力及变形圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的受力情况是完全一样的。
现就下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析>所示的圆形截面弹簧丝的压缩弹簧承受轴向载荷P的情况进行分析。
由图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析a>(图中弹簧下部断去，末示出)可知，由于弹簧丝具有升角α，故在通过弹簧轴线的截面上，弹簧丝的截面A-A呈椭圆形，该截面上作用着力F 及扭矩。
因而在弹簧丝的法向截面B-B上则作用有横向力Fcosα、轴向力Fsinα、弯矩M=Tsinα及扭矩Tˊ= Tcosα。
由于弹簧的螺旋升角一般取为α=5°～9°，故sinα≈0；cosα≈1(下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析b>)，则截面B-B上的应力(下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析c>)可近似地取为式中C=D2/d 称为旋绕比(或弹簧指数)。
为了使弹簧本身较为稳定，不致颤动和过软，C 值不能太大；但为避免卷绕时弹簧丝受到强烈弯曲，C值又不应太小。
C值的范围为4～16(表<常用旋绕比C值>), 常用值为5～8。
圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析常用旋绕比C值d(mm) 0.2～0.4 0.45～1 1.1～2.22.5～6 7～16 18～42C=D2/d 7～145～12 5～10 4～94～8 4～6为了简化计算，通常在上式中取1+2C≈2C(因为当C=4～16时，2C>>l，实质上即为略去了τp)，由于弹簧丝升角和曲率的影响，弹簧丝截面中的应力分布将如图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析>c中的粗实线所示。
由图可知，最大应力产生在弹簧丝截面内侧的m点。
实践证明，弹簧的破坏也大多由这点开始。
为了考虑弹簧丝的升角和曲率对弹簧丝中应力的影响，现引进一个补偿系数K(或称曲度系数)，则弹簧丝内侧的最大应力及强度条件可表示为式中补偿系数K，对于圆截面弹簧丝可按下式计算：圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载后的轴向变形量λ可根据材料力学关于圆柱螺旋弹簧变形量的公式求得:式中：n—弹簧的有效圈数；G—弹簧材料的切变模量，见前一节表<弹簧常用材料及其许用应力>。
如以Pmax代替P则最大轴向变形量为：1) 对于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧：2）对于有预应力的拉伸弹簧：拉伸弹簧的初拉力(或初应力)取决于材料、弹簧丝直径、弹簧旋绕比和加工方法。
用不需淬火的弹簧钢丝制成的拉伸弹簧，均有一定的初拉力。
如不需要初拉力时，各圈间应有间隙。
经淬火的弹簧，没有初拉力。
当选取初拉力时，推荐初应力τ0'值在下图的阴影区内选取。
初拉力按下式计算：使弹簧产生单位变形所需的载荷kp称为弹簧刚度，即弹簧初应力的选择范围弹簧刚度是表征弹簧性能的主要参数之一。
它表示使弹簧产生单位变形时所需的力，刚度愈大，需要的力愈大，则弹簧的弹力就愈大。
但影响弹簧刚度的因素很多，由于kp与C的三次方成反比，即C值对kp的影响很大。
所以，合理地选择C值就能控制弹簧的弹力。
另外，kp还和G、d、n有关。
在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。
（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计弹簧的静载荷是指载荷不随时间变化，或虽有变化但变化平稳，且总的重复次数不超过次的交变载荷或脉动载荷而言。
在这些情况下，弹簧是按静载强度来设计的。
在设计时，通常是根据弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求(例如安装空间对弹簧尺寸的限制)等来决定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。
具体设计方法和步骤如下:1) 根据工作情况及具体条件选定材料，并查取其机械性能数据。
2) 选择旋绕比C，通常可取C≈5～8(极限状态时不小于4或超过16)，并算出补偿系数 K 值。
3) 根据安装空间初设弹簧中径D2，乃根据C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力。
4) 试算弹簧丝直径d '必须注意，钢丝的许用应力决定于其σB，而σB是随着钢丝的直径变化的,又因[τ]是按估取的d值查得σB的H计算得来的，所以此时试算所得的d '值，必须与原来估取的d值相比较，如果两者相等或很接近，即可按标准圆整为邻近的标准弹簧钢丝直径d，并按D2=Cd 以求出；如果两者相差较大，则应参考计算结果重估d值，再查其而计算[τ]，代入上式进行试算，直至满意后才能计算D2.计算出的D2，值也要按表<普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列>进行圆整。
5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数：对于有预应力的拉伸弹簧对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧6) 求出弹簧的尺寸D、D1、H0,并检查其是否符合安装要求等。
如不符合，则应改选有关参数(例如C值)重新设计。
7) 验算稳定性。
对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性(如下图a)，这在工作中是不允许的。
为了便于制造及避免失稳现象，建议一般压缩弹簧的长细比b=H0/D2按下列情况选取：当两端固定时，取b<5.3；当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；当两端自由转动时，取b<2.6。
压缩弹簧失稳及对策当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足Fc=CukpH0>Fmax式中：Fc——稳定时的临界载荷；Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；Fmax——弹簧的最大工作载荷。
如 Fmax>Fc时，要重新选取参数，改变b值，提高Fc值，使其大于Fmax值，以保证弹簧的稳定性。
如条件受到限制而不能改变参数时，则应加装导杆(如上图b)或导套(如上图c)。
导杆(导套)与弹簧间的间隙c值(直径差)按下表(导杆（导套）与弹簧间的间隙表)的规定选取。
不稳定系数线图导杆（导套）与弹簧间的间隙中径D2/(mm) ≤5>5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 78) 进行弹簧的结构设计。
如对拉伸弹簧确定其钩环类型等，并按表<普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式>计算出全部有关尺寸。
9) 绘制弹簧工作图。
例题设计一普通圆柱螺旋拉伸弹簧。
已知该弹簧在-定载荷条件下工作，并要求中径D2≈18mm，外径D≤22mm。
当弹簧拉伸变形量λ1=7.5mm时，拉力P1=180N，拉伸变形量λ2=17mm时，拉力P2=340N。
[解]1．根据工作条件选择材料并确定其许用应力因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第Ⅲ类弹簧考虑。
现选用Ⅲ组碳素弹簧钢丝。
并根据D-D2≤22-18 mm=4 mm，估取弹簧钢丝直径为3.0mm。
由表<弹簧钢丝的拉伸强度极限>暂选σB=1275MPa，则根据表16-2可知[τ]＝0.5σB＝0.5×1275 MPa＝637.5 MPa。
2．根据强度条件计算弹簧钢丝直径现选取旋绕比C=6，则得于是有改取d＝3.2mm。
查得σB=1177MPa，[τ]＝0.5σB＝588.5MPa,取D2=18,C=18/3.2=5.625,计算得 K=1.253，于是上值与原估取值相近,取弹簧钢丝标准直径d＝3.2mm(与计算值3.22mm仅差0.6％,可用)。
此时D2＝18mm,为标准值,则D=D2+d=18+3.2 mm ＝21.2 mm<22 mm所得尺寸与题中的限制条件相符，合适。
3．根据刚度条件，计算弹簧圈数n.弹簧刚度为由表<弹簧常用材料及其许用应力>取G=79000MPa,弹簧圈数n为取n＝11圈；此时弹簧刚度为kp=10.56×16.8/11 N/mm =16.12 N/mm4．验算1）弹簧初拉力P0=P1-kPλ1=180-16.12×7.5 N=59.1 N初应力τ0'，得当C＝5.62时，可查得初应力τ0'的推茬值为65～150MPa，故此初应力值合适。