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

[ 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：
2 }3 s! S, p- ?1 R- f
弹簧节距t一般按下式取：
5 R6 A2 P- O/ i- V2 g6 ]) R （对压缩弹簧）；
t=d （对拉伸弹簧）；
9 S! H, l- ]# d7 l2 y' }式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
6 ?* i7 e) I  s% H; CΔ --- 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d。
8 B) h5 R" Y+ U# B1 f
* a3 T1 x; `; R  O4 `. V弹簧钢丝间距：
　　　　　δ=t-d ；
弹簧的自由长度：
( x3 Y; c1 T6 ~5 O# j1 `& U　　　　　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：
# w4 n3 H- T, ~/ @ ，通常α取5～90 。
弹簧丝材料的长度：
& c* H. ^4 _  ?( _' ?9 f2 D2 j  x （对压缩弹簧）；
1 T% `+ e$ b9 }4 w! h# ^ （对拉伸弹簧）；
其中l为钩环尺寸。
, e' S1 Y3 V3 @1 V) W2 弹簧的强度计算
8 i: ]4 B2 E  e9 e. x$ y* [# j
1、弹簧的受力
9 O( j' t- a4 W/ }+ y6 o
* A0 x7 l7 U9 C+ \0 R$ \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。

' E" S. j" }! e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。
; L. z$ P! @  _3 a
2、弹簧的强度

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
  B) t/ g- l. t; p
; z0 E- ]: `  X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
1 r3 [# N# N# m. }3 n5 [9 I9 N! R6 e
5 e- @5 c4 ?* v; }
- s& W. \+ k4 c' B  F/ x4 Z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

' C# }: p# {$ Q1 I) K3、弹簧的刚度

) m7 W& Z2 n) ^# E0 J$ 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
3 W5 Y, J* B6 P0 E; ?2 b

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。
4 c, K9 F- ?" _7 n8 d1 u
图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
, o. C' E4 W8 S4 N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：

( g( _* M, A) K% f0 N弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
/ I& |* @2 f, u/ m3 p8 L8 \6 d1 s# ?弹簧两端均为固定端时，b≤5.3 ；
  t9 b, m' p( U2 e( [7 I+ J弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。
! k+ D  ]9 C# ?
6 U0 C  X: Q( p; ^/ w5 K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。

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。

(

zhudq007

弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：

. S$ X# x  X2 m0 Q弹簧节距t一般按下式取：
（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。

弹簧钢丝间距：
　　　　　δ=t-d ；
4 u2 K7 q% l0 K" M$ f3 M弹簧的自由长度：
, K( Q- f7 ]- g2 |+ ^3 r0 L　　　　　H=n&#8226;δ+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）；
, W8 O. Y; C/ ^/ I　　　　　H=n&#8226;δ+(n0+1)d（两端并紧，但不磨平）。
弹簧螺旋升角：
，通常α取5～90 。
弹簧丝材料的长度：
（对压缩弹簧）；
（对拉伸弹簧）；
* y) L: S4 r& v$ n' Y其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算

1、弹簧的受力

( V6 v# \. [2 C, C) x2 e# w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。

7 e0 e5 n1 G; i  \2、弹簧的强度
' T6 H; b0 O& G# Z- ]; ]5 d, _
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* i8 B5 T; i
/ o( |. p& F% r' R" _) G; a7 f, Z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
; ]1 N( a& n# d: Y  C+ d! d; ~
+ a, _$ i9 }- c8 ]5 U6 J' 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
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3 V& n' w& q+ z. j3、弹簧的刚度
  h5 R$ H7 Z2 q. n' S* r, }
圆柱弹簧受载后的轴向变形量

& Y  L/ y6 c7 T  ?! r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
0 u3 u% T8 t4 h
9 v7 a0 @3 i! \0 V! s3 j
) E) b( \! _/ t- p' y# {$ G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。

* U( C% Z" E0 o1 d: c4、稳定性计算
' f) z& h1 d+ o) O, Z" s
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。

! O8 ^; V0 O- h6 p  Y8 y4 G, r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：

  l" L7 I1 d( s' T9 k4 s) Q弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
4 b! M8 z7 y" H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。
6 J* [3 f; f- W4 `) j
- E  C1 \1 V5 Z- ~  _5 n' ~4 w6 ~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：

2 s% o0 G; c& b' U! Y  z4 M9 l7 \　　　　　Fcr=CBkH0
6 ]- f1 [2 ?- C0 H/ h- O( l7 n' Z& @
式中，CB为不稳定系数，由下图查取。

; R% @7 T/ `  C* ~# @3 L: 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。

(

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。
, F9 K" q" t( O3 M
[ 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