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
- D  Y# E" K2 `! i- u2 c$ t; o
[ 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：

9 u1 T0 M( l& j# D/ [0 H, Z( F弹簧节距t一般按下式取：
（对压缩弹簧）；
t=d （对拉伸弹簧）；
: m9 l( X5 R, b- k$ p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。
% q5 r! J$ I3 H* \. O: g# P
( O! r6 {  s+ @/ {- p弹簧钢丝间距：
* {4 H/ V. U) L  s% \' h4 o) s; E　　　　　δ=t-d ；
, F( O) o0 W9 q0 `& k- h弹簧的自由长度：
2 M' X; w$ Q0 B, @. h* Z1 `　　　　　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）。
9 C/ ~3 I; b- v) s8 v' F弹簧螺旋升角：
/ T; `$ F8 @, W: y' O ，通常α取5～90 。
3 A# B7 L7 p5 k弹簧丝材料的长度：
（对压缩弹簧）；
（对拉伸弹簧）；
3 I- y6 L" n" A其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算

; O7 u, e5 i7 _' S1、弹簧的受力
+ l" M8 o: T: c' E: }* R; `4 W" O& t
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。
9 ~, W  F; ^: z. m- H2 t, o& Z
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
+ p# k+ r. `0 S. X; _
8 j* R) S0 ~0 s/ B' ?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
' [6 s* Q- N( O3 e$ J
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
% h  L! o# l+ ?9 L
/ H6 I' X' |, ?  ^8 X) n" {
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
) T0 |& r" W( q8 ~' p. F& H: u+ `
+ o# Z; [2 E" e) u0 p圆柱弹簧受载后的轴向变形量

7 i" f  P) \. n- o, e式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。
, E$ i2 K5 {- w$ }1 x5 D这样弹簧的圈数及刚度分别为
0 ~9 Q+ X% ^6 ^" r. M
/ o2 E: c8 |; u6 y
* F: O( \" Q+ e9 j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
' ~; e- l; v/ ]+ R2 T7 o: z
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。
1 s( t7 ]0 w# a7 f' ~" t
图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
9 f2 T- U$ g8 c- z5 k& y4 D( [, Z* g- [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：
& J( z2 o, F1 x# ]1 R
弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
& {' y( p. O7 S& A! T4 B弹簧两端均为固定端时，b≤5.3 ；
+ L6 |# H' M" H+ M6 e) A弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。

* g3 L7 m1 v% }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：

( n+ }: B7 O, Q' Y　　　　　Fcr=CBkH0

式中，CB为不稳定系数，由下图查取。
9 Z1 @4 @9 D" K
+ V9 y. q. B1 K+ t9 s6 _9 R! a# k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：

弹簧节距t一般按下式取：
- P+ F* Y3 u: h （对压缩弹簧）；
+ j! k  |9 h' l4 R* S) n% n% E6 W1 Pt=d （对拉伸弹簧）；
6 m# D. g& s# \4 F, F1 |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 ；
弹簧的自由长度：
: `' y2 }6 I* `$ G6 M　　　　　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）。
弹簧螺旋升角：
，通常α取5～90 。
弹簧丝材料的长度：
1 ^$ n3 J* K: N （对压缩弹簧）；
* Q: L5 K' v3 `' V& x: r1 v$ W （对拉伸弹簧）；
" c2 a6 c( g* Q其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算
/ A; z; g+ I" g, I$ X
1、弹簧的受力
0 }3 c& U3 H2 [# F! ^' P
9 c7 G/ P: d5 m9 g% F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。
* a! R( k! Y2 j0 X
" v! {) n8 `2 A, E% F) b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

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
+ L, S+ ^( g9 w) e" d5 ]
5 k& h" z2 E0 d9 Z/ K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

4 q, i# a0 r8 e% t
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
1 _, \4 k" |& I* w% i# S
3、弹簧的刚度

圆柱弹簧受载后的轴向变形量

% A# V9 p; |. A4 s式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。
2 r# T' s2 K' U* j5 Y" s这样弹簧的圈数及刚度分别为
+ @+ r2 Y: V+ m$ m" k, s' S/ P

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 E; [& K& A3 T! h7 v
7 ]( f' v; n1 M" I8 N  J( ?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：

% k  p# y- r7 o. F, F1 Q" e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 ；
) b$ L0 T6 w; ^" M% B' |弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。

! }' Y1 ?* R* J% p% g: o5 L) t0 h2 }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：
  ?6 S$ r" e2 T2 d8 _
　　　　　Fcr=CBkH0

6 k5 m: t) R7 q6 [, r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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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。
( q% \" J0 E4 D- c7 ~& Y+ `, R
) \: Y. |3 L# Z# r2 V[ 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