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：

0 s3 g) u0 Z* w6 U弹簧节距t一般按下式取：
. o' Y: D! {; d/ F+ z- S1 n （对压缩弹簧）；
$ _; D* I0 ^! U, n. ?9 `t=d （对拉伸弹簧）；
1 S7 T2 b6 S1 R8 D2 B. f0 i式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
4 f9 Y( B: e# w2 {/ XΔ --- 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 `* h4 q1 b- a
弹簧钢丝间距：
. s3 b  Y; P' Y9 d0 C9 e6 h　　　　　δ=t-d ；
4 ~& R* F% X. p. z3 d弹簧的自由长度：
　　　　　H=n•δ+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）；
) w& Y+ d+ R0 k& R　　　　　H=n•δ+(n0+1)d（两端并紧，但不磨平）。
弹簧螺旋升角：
5 o& [5 h8 j" W ，通常α取5～90 。
& B6 Y- C8 \7 ^9 @# _弹簧丝材料的长度：
- m- o9 S7 R6 O' | （对压缩弹簧）；
& F6 K  O8 P! i7 \0 D  b* L （对拉伸弹簧）；
其中l为钩环尺寸。
2 弹簧的强度计算
$ ^* L  o" i  u6 K! m/ J9 t
1、弹簧的受力

) ?3 x% J5 N+ I- x/ N9 H( K6 @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 G5 e2 w6 a( y# e7 Y2 E& V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。

8 V! U# n6 {# W9 g% @& f' H+ \4 M+ {2、弹簧的强度

, C) i% J+ c2 h6 [  b2 v1 ]: 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
: \4 d5 p/ g% }3 ?7 g
5 |2 \+ F! a: E9 R! L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
, R' q* L+ K$ @0 w/ l' ~2 o: 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
4 G# n6 C+ [# N2 i9 c
0 z7 F/ i4 ]* R3 d9 U3、弹簧的刚度
6 v4 c" e8 Q# V' B0 r% X+ q
1 h  ^3 {0 L# G圆柱弹簧受载后的轴向变形量
/ ]5 ?6 U+ n0 R# j- }( e6 L5 r* }
4 v. ]. x# g5 J% O" v式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。
. v" M! [) w  n, ^" F这样弹簧的圈数及刚度分别为

% @. d$ M, o3 Y; q
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。
' F: M3 q/ n9 e, d; B, c
' ?. W4 a' a" }4、稳定性计算
& |1 D% _5 n9 C
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# ]( R" W  ?6 t" b$ L/ ?/ Y" F
图a　　　　　　　　　　图b　　　　　　　　　图c
4 l( E" R' L. ]. Y; k* I( O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：
8 h- J. U0 W3 t/ A5 ^: i
4 B( U4 G4 }8 m7 ?# t+ U8 L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 ；
- M+ Z# z( a5 h) j( ], j弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。
& l6 I* p" F# V, |1 z! s, C0 ^2 Y
, s; e' ]' R, J+ |' G% I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：

1 h0 w! I0 R% @, _: i  b　　　　　Fcr=CBkH0

式中，CB为不稳定系数，由下图查取。
" x$ v( Q7 T  R6 c7 @
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。

; N0 V3 A$ p; N3 @( r- ^! G, }  X/ G(

zhudq007

弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：
3 n! s$ G2 T2 m% M- e% J
弹簧节距t一般按下式取：
5 a. B2 B( y" I, E7 Q: d （对压缩弹簧）；
  i% h9 m6 i2 l/ e& Jt=d （对拉伸弹簧）；
式中：λmax --- 弹簧的最大变形量；
* u$ T* U! M9 X2 ^: tΔ --- 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d。
9 S: A2 \7 f3 k& _& I
弹簧钢丝间距：
　　　　　δ=t-d ；
) k1 u, {: L/ @3 Q. N弹簧的自由长度：
( R* B9 b& l% r　　　　　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）。
% l1 ^; @( ?& ^1 g! a* T2 _弹簧螺旋升角：
. K7 G5 c! E: ~' y- z( l2 Z! |/ i) h ，通常α取5～90 。
弹簧丝材料的长度：
; R6 w) |& z" J# R) Y0 ~ （对压缩弹簧）；
（对拉伸弹簧）；
其中l为钩环尺寸。
9 C; Q; S* I6 s! [8 i+ E0 e! T2 弹簧的强度计算

5 f0 b: s9 W( u( S1、弹簧的受力
! }: a3 h" J9 O+ f9 o4 c4 n
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。
1 h: \1 e7 V' {
: R$ {9 q: t# h: [( V1 w' X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。

, c9 u0 r$ z$ E2、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

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
$ C& f: {. B5 c/ 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
" t  S0 V6 ~, |, s" C( e
3、弹簧的刚度

圆柱弹簧受载后的轴向变形量
- g/ u# |9 r2 \2 k: m1 V5 k: j
' z$ x0 i% O4 p( }& `+ V+ L7 J: s式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。
" J& D3 k7 E4 _7 y* \+ E& t这样弹簧的圈数及刚度分别为

0 ^( ^9 d' O, u6 J8 A& m8 D
) \# ^* R9 y1 a( Q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。
: ~3 s  L! D, d6 L& T3 t
4、稳定性计算

3 W9 ~0 l7 L  q* K  P% }+ l9 S3 c* L/ G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。
$ S. e+ }+ U  M: T' O
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：

弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；
" n0 R' H0 T+ B& f) K& y, }弹簧两端均为固定端时，b≤5.3 ；
7 M2 s* N! B8 v0 u6 q6 }* u弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。

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：
( ?) z/ r1 M8 R2 w
/ M- p2 I$ j  f% f# L4 ~　　　　　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。

(

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。
4 ~7 a, c0 k- O
[ 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