机械设计弹簧

4）刚度计算
可得弹簧工作圈数
Gd n 8C 3 k
5）稳定性计算 B = H0 / D2
6）结构设计 (按表)
两端固定时，取b<5.3； 一端固定，另一端铰支，取b<3.7； 两端铰支，取b<2.6。
7）绘制弹簧工作图。
—
-40～ 120 -40～ 200
强度高、加工性能好， 适用于小尺寸弹簧
钢 丝
60Si2Mn 60Si2MnA 50CrVA
640 640 600 440
800 800 750 550 45～50
-40～ 200 -40～ 200 -250～ 290
弹性好，适用于大载 荷弹簧 疲劳性及淬透性好 耐腐蚀性好，适用小 尺寸簧弹
= t - d, t max / n + 0.1d
arctan
t D 2
螺旋升角
（）
对压缩弹簧 推荐： =5～9 L=D2n1+挂钩展
弹簧丝展开长度L
mm
L=D2n1/cos
开长度
3 圆柱螺旋压缩弹簧的特性线
表示弹簧载荷与变形之间关系的曲线称为弹簧特性线。 1）压缩弹簧
max
二 弹簧的变形
由材料力学，圆柱形拉压弹簧受载荷后轴向变形量：
8FD3n 8FC 3n 4 Gd Gd
定刚度的压缩和拉伸弹簧的刚度为
Gd Gd 4 K 3 8C n 8Dwk.baidu.com3n F
15---4 圆柱形拉压弹簧的设计计算
一 圆柱螺旋弹簧的结构与几何尺寸
1 圆柱螺旋弹簧的结构
1) 压缩弹簧 弹簧两端并紧，不参与弹簧变形，只起支承作用，称死圈
2) 拉伸弹簧 拉伸弹簧用圆形簧丝卷绕而成，在卷制时各圈相互并紧
2 几何尺寸 (见表)
表15.4 圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算
参数名称 及其代号 弹簧丝直径d 弹簧外径D 弹簧内径D1 节距t 工作圈数n 总圈数n1 单 位 mm mm mm 计算公式 压缩弹簧 拉伸弹簧 备注
弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关(见表)
表15.2 弹簧材料及许用应力
类 别 代 号 许用应力[](MPa) I类 II类 III类 推荐硬度 （HRC） 推荐使用 温度(C) 特性及用途
碳素弹簧钢 丝B、C、D 级
65Mn
0.3B
480 480 450 330
0.4
B
0.5
B
1
F1

2
F2
..... 常数
2) 拉伸弹簧 无初应力（图15.6 a） 有初应力（图15.6 b）
二 弹簧的设计计算
1、已知条件 1）弹簧受的最大工作载荷F2 2）相应的弹簧压缩变形量
3）其他要求（如空间位置要求、工作温度等）
2、设计步骤： 1）根据工作条件选定弹簧材料并求许用应力； 2）选择旋绕比C、计算曲度系k1； 3）强度计算
根据强度条件计算确定 D=D2+d D2弹簧中径 D1=D2-d
mm
t=(0.28～0.5)D2
根据工作条件确定 n1=n+(1.5～2.5)
t=d
n1=n H0=nt+挂钩轴 向尺寸
自由高度H0 间 距
mm
两端磨平 H0=nt+(n1-n-0.5)d 两端不磨平 H0=nt+(n1-n+1)d
mm
二、弹簧的类型
1 按受力不同：
压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧
2 按外形不同
螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧
15-----2 弹簧的材料及制造
一、弹簧材料
1 对弹簧材料的要求
1) 较高的弹性极限和疲劳极限 2) 良好的韧性及热处理性能。
2 常用材料 碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢、有色金属等 二、弹簧的许用应力
不 锈 钢 丝 铜 合 金
1Cr18Ni9Ti
4Cr13
450
600
750
48～53 90～ 100 (HB) 37～40
-40～ 300 -40～ 120 -40～ 120
QSi3-1 QBe2
270 360
360 450
450 560
耐腐蚀性好，防磁 性好，弹性好
三、螺旋弹簧的制造
螺旋弹簧的制造过程主要包括： 1 卷绕 冷卷 弹簧丝直径较小，低温回火 热卷 弹簧丝直径较大，淬火及回火 2 钩环的制作或两端的加工
3 热处理
4 工艺试验。
强压处理是指将弹簧预先压制到超过材料的屈服极限， 并保持一段时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应 力方向相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应 力，可提高弹簧的承载能力
15-----3 圆柱形拉压弹簧的应力分析
一 弹簧的应力
F
D2 /2
F
D2 /2
A m A F F T
8 FD2 max k1 π d3 4C 1 0.6 15 k1 4C 4 C