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
1 c" @- O$ f  s+ J
[ 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：
（对压缩弹簧）；
# [$ {6 m8 j* V- ?- Rt=d （对拉伸弹簧）；
5 X9 _# b8 m% r# D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。
2 ~3 B3 i, u9 \) i$ g+ h& W
* X) {" A/ ?& R( _5 b! }弹簧钢丝间距：
7 C+ n+ @0 c/ K' [# g　　　　　δ=t-d ；
弹簧的自由长度：
, [1 X3 m. n) [+ ^* T% G; j+ l　　　　　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 。
弹簧丝材料的长度：
（对压缩弹簧）；
（对拉伸弹簧）；
其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算

) f" o" G/ I) ^" U7 N1、弹簧的受力

/ i+ ]0 w/ L- {) d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 y$ |+ k9 l4 q( t' K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 f% H# H* p" p3 K# \: O& @( l3 c2、弹簧的强度

4 c1 I  d3 {5 V* k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

' ]: a" U+ b% j, `* Z* e
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
$ W& c$ l( P# m
# u5 J2 L4 d2 O3、弹簧的刚度

9 u+ D" J" B( @- F  c3 [7 a圆柱弹簧受载后的轴向变形量
& x# d. ~- v! k- ]" g# [
式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。
2 j6 M# i% ^+ S8 k0 F/ @这样弹簧的圈数及刚度分别为


' p6 Z* q  b$ y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。
- ~: B8 O6 C7 m0 z3 y; k0 W9 C! |
, Z1 P; X! M) Y5 k. H% w6 ]& u  w& |4、稳定性计算
* o& `3 T# i1 F, [& M+ X
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。

! J; u5 C  `$ O" T0 P- G1 m, u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：
* p9 ~- R7 X$ n* m- I
5 ]1 T) K5 g( ~弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
0 k8 e: s- e) O! n. q: L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。
7 O6 n+ Y+ T' {* n, \+ E  D+ E2 p" j
/ k/ x4 Y1 V, {  J5 R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 W/ I, Z; K& @1 L
　　　　　Fcr=CBkH0
5 Y( {# S0 [. h2 D
式中，CB为不稳定系数，由下图查取。
- h9 S8 f4 S. J7 z
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。
- Y+ j7 A9 ?2 ^9 I& K+ l! i
: X$ ^$ ?9 ~. B& y(

zhudq007

弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：

' K, |; o. ~( O% a, u$ u% o弹簧节距t一般按下式取：
（对压缩弹簧）；
t=d （对拉伸弹簧）；
, i0 j5 ^7 p* k. I! Y/ y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。

' K8 g& K3 B9 T7 p# h1 F弹簧钢丝间距：
* T5 Z+ p) |' l; G* F3 J* s　　　　　δ=t-d ；
弹簧的自由长度：
　　　　　H=n&#8226;δ+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）；
9 {* }$ Q+ h; A) J　　　　　H=n&#8226;δ+(n0+1)d（两端并紧，但不磨平）。
0 [1 L8 k8 Q& o弹簧螺旋升角：
，通常α取5～90 。
' Y0 t9 r. U- X' i9 c$ U弹簧丝材料的长度：
（对压缩弹簧）；
（对拉伸弹簧）；
: D& v, O/ _1 P+ t0 _其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算

4 p/ {$ Z2 h3 V: f* A& D$ t' c5 B1 y1、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。
/ h3 s8 q9 X: J& s+ h, j- W6 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。
: L0 n; x* O/ ]7 l5 ~  @) p
2、弹簧的强度

# p* e) D+ a1 y, D( F7 r2 J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
9 t0 y( N# r3 y. Y4 H- I
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

# L* A  t( Z% a
+ {4 T; x! w2 c" U+ k' Z* w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 o. ^5 m5 @1 U
& ?/ X6 p( E  {3、弹簧的刚度

4 v' l4 j- D# ]- G% @* @: s1 S/ u/ d7 ]圆柱弹簧受载后的轴向变形量

$ W5 A0 r1 e% r7 a8 e- w, S6 G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 `. f9 z5 [! 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。
( I. J3 M5 x5 b  j+ q) K8 b
, w' a9 W. Y/ p) s9 m0 V, e9 s4、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。
1 T  c% J( v! G! _
. s5 G$ i; L" `0 v图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
+ M" n2 W' p) L! \" V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：

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 ；
0 u6 Y& ?2 ?# T& w  o弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。
6 m  t1 ~" R+ z1 p
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
" D& _0 I' S/ |; G. w# F
式中，CB为不稳定系数，由下图查取。
1 Z! N4 A4 [$ s. A! d% ]
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。

& E8 G! J* E" I0 o( p7 h( r; 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