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

3 R2 _6 g3 E7 O) L[ 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：

弹簧节距t一般按下式取：
# h5 I* `. H0 B( a! K* Z; m （对压缩弹簧）；
$ I& g4 l3 }+ i" q, x1 Ft=d （对拉伸弹簧）；
' E$ v& W- L, n式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
( U! D# G: c2 F! mΔ --- 最大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 。
. b2 o# s' i; i0 I弹簧丝材料的长度：
（对压缩弹簧）；
: c/ j+ V9 R3 Y9 F- f3 g$ a （对拉伸弹簧）；
) X# k6 }( I4 H8 B7 d  _其中l为钩环尺寸。
! P4 G' @5 q- Z2 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。
4 y1 Y' p7 ~. y8 B2 l
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。
+ S/ j: i6 F- U* |4 k
2、弹簧的强度
2 p- x) e9 c2 ~' M4 h# L+ ^
' F& e6 N' J+ v$ Q4 h/ d& g, y0 a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
$ q, M5 Y3 Y, S, \- p
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
( y7 Z  D/ z/ g: I

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
- d7 u" u! l2 L- H+ o
' x8 L& o! z& }7 z3、弹簧的刚度

圆柱弹簧受载后的轴向变形量
0 o( x: M5 I& U* `0 E( I% d+ v- N
6 Q3 p0 C/ c1 e2 r" x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
, R3 e# ]6 U0 X$ v& r  J
  Z# m  H) n7 M; T5 D6 |
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。

4、稳定性计算
4 }4 U; \, ^. a; r" 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。

: X) j, M6 K7 i) \1 C; Z3 e图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
6 ^3 L! n# _' U) U) O9 Q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：

7 `( R$ w& [, O6 k# H( ~2 ~9 E弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
" g/ [( v! k* g2 q4 m( U弹簧两端均为固定端时，b≤5.3 ；
+ ]2 u! ^  O) G2 M弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。
+ S! j# m4 r" J0 G; E/ Y& u( _
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
. G# A' |7 ]( p/ p# p# s2 q- t
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。

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zhudq007

弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：

. X% z; j3 d' \$ A( \8 C弹簧节距t一般按下式取：
' o& }. a" \/ X' n$ a （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。
, B1 ~- N$ g5 b2 _! n2 c
弹簧钢丝间距：
; I+ ?  }9 w$ C1 `' H　　　　　δ=t-d ；
- l/ H" t6 L6 _: I& N" |7 K弹簧的自由长度：
　　　　　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）。
* t; O+ H9 o  \! }6 u& @" r弹簧螺旋升角：
，通常α取5～90 。
弹簧丝材料的长度：
0 e& E  x5 L$ G# |9 Y1 ]4 \7 x （对压缩弹簧）；
+ i; C$ r% ~8 B; W* ~0 U9 C （对拉伸弹簧）；
4 p6 U- o7 E* w( ?7 O4 M其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算
/ ~9 q, t' Z, R$ P2 e0 M2 [
1、弹簧的受力
' s9 G$ |+ M' C$ M
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。

' c1 M1 Z  E* Q- a( `/ o  `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。

+ [$ D; c. y* Q2 G  Y  X3 Z2、弹簧的强度
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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

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; {0 M& _4 V& Q) ^
* X% q* L; F$ `5 L/ P* R8 I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

6 Z& F8 \, u' R* Z1 \3、弹簧的刚度
  T0 o- f/ }; w% Z- R
$ S1 j) Q: L# R3 T* T圆柱弹簧受载后的轴向变形量
6 o3 Q7 r% H# |4 G
# l$ t; {8 h5 c! O, @3 t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
1 n: X8 M( ?! A& v5 B: x# y

* ?; p- t, A( J8 }2 w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。

4、稳定性计算

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。
9 j  Q* c  h* F) L' D6 K3 |2 U
图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
# V$ }. p: R4 T! L* E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：

  s2 J1 f) P2 |4 E% c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 ；
' |( `: Y! w! Y7 V+ i' x3 i6 q, s弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。
" T/ f/ i3 |& Q! ?& y8 o
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：

! E/ D4 F7 r" }4 J3 n' ]! _　　　　　Fcr=CBkH0
3 U( q6 ?  P. j7 o8 [
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。
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6 i' [9 y; b" i$ ?1 N& c5 |(

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