弹簧经验设计

前言

在设计弹簧时，除了选取标准弹簧，但往往有很多是非标的；或拿人家设计的来用，但也得验算弹簧刚度和工作力。如果完全按《机械设计手册》计算，则复杂繁琐。下面是结合工作实践，进行归纳后的螺旋压缩/拉伸弹簧的简易计算方法。

圆线螺旋弹簧的简易计算方法

主要从《机械设计手册第2卷11章》和《弹簧设计手册》总结归纳

例1：某夹具的M20螺杆外面套一个压缩弹簧，夹紧后高度80毫米，压缩约15～20毫米；压板重量4Kg，设计该压缩弹簧。

一、估算：

夹紧后，弹簧压缩约17毫米，弹力约5Kg(必须大于4Kg)；弹簧自由高度80+(15～20)毫米；弹簧刚度：5*10/17＝2.94N/mm；

二、计算：

1、选碳素弹簧钢丝-C，中径φ24；C取9.5；d＝24/9.5＝2.53；选φ2.5簧丝；

2、Pd′＝80*103*2.54/(8*243)＝28.26N/mm；

3、考虑前面的估算刚度(2.94），取n＝10，Pd＝28.26／10＝2.83N/mm；

4、考虑前面的估算自由高度：95～100，取100，则t＝(100-1.5*2.5)/10＝9.625；

三、验算：

1、压缩20毫米，F＝2.83*20＝56.6 N＞４Kｇ；

2、极限力：Pj=3.14*d3/(8*K*D)*τp＝3.14*2.53/(8*1.15*24)*850＝188.87N；

例2：

现有一压缩弹簧，簧丝直径φ2，有效圈数4，中径φ25.5，工作行程7.5，需承重3.2Kg，进行验算Pd′=G*d4/(8*D3)*103＝80*24/(8*25.53)*103＝ 9.65N/mm；

F＝9.65/4*7.5＝18N；

改簧丝直径为φ2.5；

Pd′＝80*2.54/(8*25.53)*103 =23.6N/mm；

F＝23.6/4*7.5＝44N；

44N＞3.2Kg；

结论，改成φ2.5满足要求；

技巧：

1、根据工作条件，对总刚度和自由高度进行简单估算；

2、簧丝直径是标准的，但弹簧中径可以非标；因此对D、d灵活选取；

3、单圈刚度算出后，总刚度只与n有关，适当调整n以合适总刚度；

4、确定n后，对节距t作适当调整(当然自由高度也相应变化)，以满足工作状况；

结论：主要用三个公式

d=D/C； Pd′=G*d4/(8*D3)*103； Pj=3.14*d3/(8*K*D)*τp；