弹簧设计

zhanglili167

哪位大侠知道圆柱弹簧设计的步骤，或者公式什么的啊，就是选用65M n 材料，然后如何确定他的圈数、节距、及弹簧的截面的大小啊，等着大侠救命啊，不然分分钟被开除哦
7 K2 {! a! A5 y1 }/ L! G( M
[ 本帖最后由 zhanglili167 于 2008-1-3 16:02 编辑 ]

zhudq007

弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：
! s& r) Q: W, n$ u* U. k! ?7 o# [) g9 l3 e' l
弹簧节距t一般按下式取：
5 |* S+ y5 }1 r8 x- w （对压缩弹簧）；
. b2 x+ P1 y; ^) `% m% `* e. L# ?t=d （对拉伸弹簧）；
* j% ?3 w5 s% N" u4 O) e( w1 j式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
) T$ @" K4 W6 p# J. wΔ --- 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d。
5 S* [' Q2 S4 S* V
! v( ^% J8 ?, f/ e) i* t0 h弹簧钢丝间距：
　　　　　δ=t-d ；
, v9 i. e( ~! p弹簧的自由长度：
　　　　　H=n•δ+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）；
( \- Y6 L" y( B! U　　　　　H=n•δ+(n0+1)d（两端并紧，但不磨平）。
弹簧螺旋升角：
  O  z$ F/ f# W7 \# U ，通常α取5～90 。
0 o& M' P( y( d弹簧丝材料的长度：
2 W. X$ x& J, Q8 Q2 t （对压缩弹簧）；
: N$ x  s5 A, D- F3 \ （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
2 S0 h5 X; e. L0 k- r4 O
; H7 F2 U# B. }0 [5 p' W2 q% n* s2 I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的值不大（对于压缩弹簧为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。这种简化对于计算的准确性影响不大。
  X5 U5 X* m5 n# c4 l' K/ }
& P  t2 O! T4 U/ u1 Y( A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
. y- A3 x# o% D! i- |
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，对于圆形弹簧丝
+ U: ^& W7 _- v* _* }" a
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，可得到扭应力

  a- |6 L& i( q3 {6 h6 H
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

  Y3 m' E6 x1 ]圆柱弹簧受载后的轴向变形量

3 K& @, E* [7 l, i式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。
: h- s- k8 a8 M4 q这样弹簧的圈数及刚度分别为
% _! F7 I) L. \5 `+ b" m

' N( y9 ~  i1 k( @4 T& X对于拉伸弹簧，n1>20时，一般圆整为整圈数，n1<20时，可圆整为1/2圈；对于压缩弹簧总圈数n1的尾数宜取1/4、1/2或整圈数，常用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值大小对弹簧刚度影响很大。若其它条件相同时，C值愈小的弹簧，刚度愈大，弹簧也就愈硬；反之则愈软。不过，C值愈小的弹簧卷制愈困难，且在工作时会引起较大的切应力。此外，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。
# @' ^7 Y. v/ {! |- ~
4、稳定性计算
2 ]. P0 u8 V$ }- f; F1 Y6 r- G& j
压缩弹簧的长度较大时，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。
  {. \/ }5 H5 E/ i
' t% ]+ e2 p+ w3 `- y图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
+ _. x8 d3 ]/ f% ]( i8 E$ N4 }为了便于制造和避免失稳现象出现，通常建议弹簧的长径比b=H0/D2按下列情况取为：
- d- [8 s& J5 t( F
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大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，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：
8 Y9 U, M% _" Q7 z4 U/ Y
　　　　　Fcr=CBkH0
/ Z2 T; B) Y* X3 h
" _8 _. }6 Y2 O6 V式中，CB为不稳定系数，由下图查取。

0 E. y5 i1 o7 n) u8 N- f- _如果F>Fcr，应重新选择有关参数，改变b值，提高Fcr的大小，使其大于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，以免弹簧受载时产生侧向弯曲。
8 P( [7 s. s( M/ S2 L
3 m" K) x1 P  f6 b3 L(

zhudq007

弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：
+ f2 X3 M& C) G$ \( U. @9 e
6 [8 H+ h* K- [# |3 V% H弹簧节距t一般按下式取：
' U" h7 \8 S2 d% |2 o0 M （对压缩弹簧）；
t=d （对拉伸弹簧）；
式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
Δ --- 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d。

  V* ]( p9 s! O& {  B, Q弹簧钢丝间距：
5 V' h+ l& A3 @7 L　　　　　δ=t-d ；
2 a# r8 T/ \- k( o弹簧的自由长度：
, ]+ [7 r3 N) i. e　　　　　H=n&#8226;δ+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）；
　　　　　H=n&#8226;δ+(n0+1)d（两端并紧，但不磨平）。
3 f3 y. L6 b+ s9 W) J弹簧螺旋升角：
，通常α取5～90 。
弹簧丝材料的长度：
" p6 ?  t! l2 O4 s- H3 [: m: c! a! Q+ k （对压缩弹簧）；
( E- v* a. D* `3 l) g$ G （对拉伸弹簧）；
其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算
4 z, h! L. B& x3 @+ m9 ]3 [* u
7 S' B7 N" G4 z+ a1、弹簧的受力
% q) D7 B8 h0 ~
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的值不大（对于压缩弹簧为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。这种简化对于计算的准确性影响不大。

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
1 O7 ?; Q$ y; t& Q' \  \
8 Q5 Q, s. g" k! ?& w$ V9 a! K8 s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，对于圆形弹簧丝

  J( |' U% f# v3 y- W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，可得到扭应力

0 z6 P/ M) f- w$ f  Z: O
) v1 f$ A. |4 i; M! T, T% n0 V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 Y( M* F' i  e) F! a3、弹簧的刚度
1 R) a0 d; h$ ^0 t8 a
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


2 O7 _5 s( T. v$ D5 m对于拉伸弹簧，n1>20时，一般圆整为整圈数，n1<20时，可圆整为1/2圈；对于压缩弹簧总圈数n1的尾数宜取1/4、1/2或整圈数，常用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值大小对弹簧刚度影响很大。若其它条件相同时，C值愈小的弹簧，刚度愈大，弹簧也就愈硬；反之则愈软。不过，C值愈小的弹簧卷制愈困难，且在工作时会引起较大的切应力。此外，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。
' v8 [2 ?2 z% f
3 m. j; j4 F" ?0 c* e% V# f4、稳定性计算

2 p: z$ i  H# A3 K, h压缩弹簧的长度较大时，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。
3 z  S& t7 x8 A- E& \
图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
为了便于制造和避免失稳现象出现，通常建议弹簧的长径比b=H0/D2按下列情况取为：
; X- o- r- V' Y1 I$ ]+ m7 h
弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
) d/ D" |5 u7 m9 K& Z0 A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。
' R. K, {. j% {+ _
8 P  T6 K' k5 {  b( G% \1 f如果b大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，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
4 u. j' q+ {" h3 O9 m5 n4 C
式中，CB为不稳定系数，由下图查取。
$ H/ z* T: w8 |1 T/ ~: b
6 {" @3 G% F5 W$ ]1 `  h如果F>Fcr，应重新选择有关参数，改变b值，提高Fcr的大小，使其大于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，以免弹簧受载时产生侧向弯曲。
* }5 |3 d3 b8 p5 Q
(

gaoyns

可用机械设计手册（软件版）V3.0中的弹簧设计程序进行设计，准确高效。

[ 本帖最后由 gaoyns 于 2008-1-3 16:41 编辑 ]

zhanglili167

讲得很详细，不过好复杂啊

ed62132186

好详细哦,不过我的流量不够!

tshhy

这个讲得太好了，不过有实例会更好些！谢谢楼主！

zhaohuijun76

论坛里有弹簧设计程序,搜索一下,可以直接计算的