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 G4 t9 j0 U4 v; ^0 ?
[ 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：
' e' k5 g2 @7 [* _0 S
弹簧节距t一般按下式取：
5 N. x4 e5 O: v$ P2 w: g. l" h （对压缩弹簧）；
# J8 z- d3 }5 K* H8 ]t=d （对拉伸弹簧）；
1 d9 i% q$ d- N1 j' Z0 B3 @! g式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
7 k6 q8 \! r( ~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。

弹簧钢丝间距：
2 A/ q, F0 M* T! M8 l; ^# _　　　　　δ=t-d ；
弹簧的自由长度：
1 _7 L3 w/ A0 a$ e　　　　　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：
8 U  s' z! ?0 f1 d ，通常α取5～90 。
弹簧丝材料的长度：
$ }! S. P3 t, q" s) l0 ^ （对压缩弹簧）；
, t" A  f5 Q: _* l5 F6 N6 a2 T- m4 U （对拉伸弹簧）；
+ S" p; c' m1 C4 c* @8 r2 k其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算

5 s3 l( m0 @* y1、弹簧的受力

# B2 d& R' }- B9 U* r+ A0 m7 C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。
" n( `1 F. u, A0 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。

2、弹簧的强度
3 t9 j" w) x) S/ G% F
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
' y2 C5 Y% r- Q. Y( A9 p- e( f
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
" n3 F. F* ]% F4 i) @; g

- H8 Q; l/ O' X6 m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
5 X& e: o$ K) S0 S3 Z% @
- V: R7 V9 G6 \5 N+ p% @/ U圆柱弹簧受载后的轴向变形量

6 [  [- R" a" q; l3 j* o式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。
: b* t, m; l# j0 ]这样弹簧的圈数及刚度分别为
5 u  e4 f. E( U4 U8 {
2 Q6 U$ q$ a' y) d% A- M( o4 V9 e
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 M' z! P+ A- W8 j9 u
' j) U% k# t- ~- O; D& c2 k4、稳定性计算
, }+ v; Q3 t% c# d8 _
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。
+ h) W1 {$ D& N1 v, I9 d1 D
图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
6 b* D6 W2 P  K2 b6 F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：

; A) W: n3 h+ V9 Y! E& B& ^4 }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 ；
# n: p4 ~7 q$ {, O弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。
1 _, L" G) y2 y
- f9 W. }3 ]( H/ I+ Z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：
. O; Q; P* a" I$ k6 f
8 W+ X7 M" C( y$ I" C　　　　　Fcr=CBkH0

; W5 f$ ]+ z" 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。
4 e8 z8 U5 S0 K# x! m$ ]; I
& ^+ Q4 _  V: r" _# }; |. p(

zhudq007

弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：

; b' Z1 N: S& A/ D弹簧节距t一般按下式取：
! e) R0 }  n4 Z （对压缩弹簧）；
, R* e* ~! E6 L/ Ot=d （对拉伸弹簧）；
式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
% }% v: o  a3 W9 b& S( C+ I- PΔ --- 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d。
( ~3 l+ V& w+ t  l: H- {
弹簧钢丝间距：
　　　　　δ=t-d ；
弹簧的自由长度：
5 h+ p" I9 B3 T　　　　　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）。
& r" ~8 e# {- r+ n9 ?7 K1 x弹簧螺旋升角：
，通常α取5～90 。
$ H  ?/ @, o! D, i) N: @) c5 k弹簧丝材料的长度：
（对压缩弹簧）；
（对拉伸弹簧）；
7 ?8 W9 h- t; ^其中l为钩环尺寸。
: C' l7 K5 U) ^: s" G2 弹簧的强度计算

$ M/ l9 Q. C! o& h1、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。

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。
3 p$ J& Z6 @7 H# b/ Y9 W
2、弹簧的强度

7 c+ B* K7 z6 N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

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
: f- x9 b, v  p( w* M

# g9 E# w3 f/ t- F5 G) @) U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
5 i1 T' V- p" R% C& Y" ?
) Y  x2 N1 x! }& j6 o" {圆柱弹簧受载后的轴向变形量
2 k. b: _( w; A5 F+ N8 i- T
- k4 Y5 @$ S" e4 W! Q/ m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
8 P2 d( j- h0 N% C

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。

! h# }" q/ R4 k4 f) B7 V图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
8 B% M  e. ]4 `+ a2 Y2 q9 a& l- U3 D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：

: y3 ~7 W. V7 f: s$ N) ^: _弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
. e, S# d- M, v; T弹簧两端均为固定端时，b≤5.3 ；
  Z  H# ]- D: |6 g$ d弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。

5 f. s# d; O+ W% J$ `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

式中，CB为不稳定系数，由下图查取。
( g, F% D3 f  V  \! J
; |7 V# h! o/ V% v  A- A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。
, b# P7 [/ h) B- l8 t4 N# d
: w$ V. u5 g9 v(

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。
. C+ Z% f8 H) M# B, O) E- R3 d% P
) Q7 z2 a5 j8 i[ 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