螺旋弹簧设计

例10—4 设计一圆柱螺旋拉伸弹簧。

已知弹簧在一般载荷作用下工作，要求弹簧中径D ＝18mm ，外径2D ≤22mm 。

当弹簧所受最大工作载荷2F ＝340N 时，弹簧拉伸变形量2λ＝24.3mm 。

解 （1）选择材料确定许用应力因弹簧在一般载荷作用下工作，故可按第Ⅱ类弹簧考虑，选用碳素弹簧钢丝。

根据2d D D =-≤22—18＝4mm ，暂取d ＝3.5mm 。

由表10—22得b σ＝1550MPa ，根据表10—21可知，且考虑到该弹簧为拉伸弹簧，所以[]b 0.4τσ=×80％＝0.4×1550×80％MPa ＝496MPa 。

（2）选择旋绕比根据表10—24取旋绕比C ＝5，由表10—23查得弹簧的曲度系数为K ＝1.3l 。

（3）计算弹簧丝的直径d由式(10—38)得3.39d ==≥mm 因此原取的d 值3.5mm 符合强度要求。

弹簧中径 D Cd =＝5×3.5＝17.5mm弹簧外径 2D D d =+＝17.5十3.5＝2l mm符合于该题目中的限制条件，合适。

（4）计算弹簧工作圈数n弹簧的刚度 223401424.3F Fk λλ==== N ／mm 由于弹簧材料为碳钢，故其切变模量为G ＝80000MPa ，由式(10—41)3380000 3.52088145Gd n kC ⨯===⨯⨯ 由表10—25可知，弹簧实际总圈数即为1n ＝20圈。

（5）结构设计选定两端挂钩形式为LI 型。

（6）计算弹簧尺寸弹簧内径 1D D d =-＝17．5—3．5＝14mm 自由高度(对LI 型) 02H nd D =+＝ (20×3.5十21)mm ＝91mm 其它尺寸计算忽略。

（7）绘制弹簧工作图。

(略)。

Sheji yu Fenxi♦设计与分析］液压可变刚度螺旋弹簧设计与分析王强任国华(苏州经贸职业技术学院，江苏苏州2150093摘要:针对目前可变刚度螺旋弹簧存在的缺陷，设计了一种液压可变刚度螺旋弹簧。

该弹簧通过螺旋弹簧丝内部的液体压力变化，实现螺旋弹簧刚度可变，为设计出新的汽车悬架系统提供了新的参考方案。

关键词：螺旋弹簧；刚度;液压;ANSYS Workbench0引F在机械工程中，螺旋弹簧种类繁多，应用范围广，是一种可靠性很强的机械元件，它普遍应用通工内机机械工程领域，主要用元件复位、限位冲存。

螺旋弹簧通过合设计参，可的性，压性变形、应力强度变力特性强度，应不同的工况要求。

，国内不少学者都在螺旋弹簧的工工技术方出了很，伶学技术的，现出种的螺旋弹簧。

弹簧在变过程中，弹簧刚度可是，也可是变量。

弹簧度的是位力弹簧的变，即弹簧的度是刚度的。

弹簧性是变的系。

弹簧性的弹簧刚度，弹簧产位变的。

弹簧的刚度性对设计弹簧弹簧的类了性用。

当弹簧刚度为，性为一条性。

对于弹簧性为的弹簧，刚度为弹簧弹性系。

弹簧刚度为变，性为，种弹簧为变刚度弹簧目前可变刚度螺旋弹簧主要有变径可变刚度弹簧弹簧叠加可变刚度弹簧两种。

变直径可变刚度弹簧存在如下问题：(1)变化的弹簧径相对困难，增成本；(2)在径较小的地方，当受力较，弹簧丝会相互叠，甚至成径较小处发生塑性变。

弹簧叠可变刚度弹簧存在如下问题*1)弹簧的连接难度很大，牢固；(2)对于弹簧丝径较小的弹簧，受力较，弹簧丝会叠，成径较小处发生塑性变形。

为此，本文设计了一种液压可变刚度螺旋弹簧。

!液压可变刚度螺旋弹簧结构设计本文所设计的液压可变刚度螺旋弹簧结构示意图如图1所示。

此螺旋弹簧由1柱塞、2螺旋弹簧、3缸体、4液压油管组成, 1柱塞与3缸体配，2螺旋弹簧位1柱塞3缸体中，4液压油管安装在3缸体。

该液压可变刚度螺旋弹簧的设计关键是螺旋弹簧的弹簧基金项目：苏州经贸职业技术学院自然类项目(KY-ZR1709)(a)三维示意图(b)二维示意图1—柱塞;2—螺旋弹簧;3—缸体;4—液压油管。

圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算(一)几何参数计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：外径D、中径D2、内径D1、节距p、螺旋升角α及弹簧丝直径d。

由下图圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数图可知，它们的关系为：式中弹簧的螺旋升角α，对圆柱螺旋压缩弹簧一般应在5°～9°范围内选取。

弹簧的旋向可以是右旋或左旋，但无特殊要求时，一般都用右旋。

圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸计算公式见表([color=#0000ff 普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式)。

普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式质量m sm s=γ为材料的密度，对各种钢，γ=7700kg/；对铍青•(二)特性曲线弹簧应具有经久不变的弹性，且不允许产生永久变形。

因此在设计弹簧时，务必使其工作应力在弹性极限范围内。

在这个范围内工作的压缩弹簧，当承受轴向载荷P时，弹簧将产生相应的弹性变形，如右图a所示。

为了表示弹簧的载荷与变形的关系，取纵坐标表示弹簧承受的载荷，横坐标表示弹簧的变形，通常载荷和变形成直线关系(右图b)。

这种表示载荷与变形的关系的曲线称为弹簧的特性曲线。

对拉伸弹簧，如图<圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线>所示，图b为无预应力的拉伸弹簧的特性曲线；图c为有预应力的拉伸弹簧的特性曲线。

右图a中的H0是压缩弹簧在没有承受外力时的自由长度。

弹簧在安装时，通常预加一个压力F min，使它可靠地稳定在安装位置上。

F min称为弹簧的最小载荷(安装载荷)。

在它的作用下，弹簧的长度被压缩到H1其压缩变形量为λmin。

F max为弹簧承受的最大工作载荷。

在F max作用下，弹簧长度减到H2，其压缩变形量增到λmax。

λmax与λmin的差即为弹簧的工作行程圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线h,h=λmax-λmin。

F lim为弹簧的极限载荷。

在该力的作用下，弹簧丝内的应力达到了材料的弹性极限。

机械设计手册弹簧设计【原创实用版】目录1.弹簧设计概述2.弹簧的分类3.弹簧选型与设计原则4.弹簧材料及其性能5.弹簧几何参数的设计6.弹簧的应力与变形7.弹簧的疲劳强度与寿命8.弹簧设计实例9.弹簧设计规范与标准正文一、弹簧设计概述弹簧是机械设计中常见的一种弹性零件，它能够在受到外力作用时产生变形，并在外力去除后恢复原状。

弹簧在机械设备中具有重要的功能，如减震、支撑、调节等。

因此，弹簧设计在机械工程领域具有广泛的应用。

二、弹簧的分类根据弹簧的形状和功能，弹簧可分为以下几类：1.螺旋弹簧：具有螺旋形状的弹簧，包括圆螺旋弹簧、矩形螺旋弹簧等。

2.平面弹簧：具有平面形状的弹簧，包括圆环弹簧、波纹弹簧等。

3.压力弹簧：主要用于承受压力的弹簧，如碟簧、环簧等。

4.拉力弹簧：主要用于承受拉力的弹簧，如拉伸弹簧、万能弹簧等。

三、弹簧选型与设计原则在弹簧设计过程中，应遵循以下原则：1.弹簧的类型应根据工作条件和设计要求进行选择。

2.弹簧的材料应具有良好的弹性、抗疲劳性和耐腐蚀性。

3.弹簧的几何参数应根据工作负荷、变形量和安装空间等因素进行设计。

4.弹簧的应力与变形应符合设计规范和标准。

四、弹簧材料及其性能常用的弹簧材料包括碳钢、不锈钢、弹性合金等。

这些材料具有良好的弹性性能、抗疲劳性能和耐腐蚀性能，能够满足不同工作条件的要求。

五、弹簧几何参数的设计弹簧几何参数的设计主要包括弹簧的直径、圈数、自由长度、工作长度等。

这些参数应根据工作负荷、变形量和安装空间等因素进行设计。

六、弹簧的应力与变形弹簧的应力与变形是弹簧设计中的重要因素。

在设计过程中，应确保弹簧在工作过程中的应力不超过其允许应力，同时考虑弹簧的变形量和变形速率，以保证弹簧的使用寿命和工作性能。

七、弹簧的疲劳强度与寿命弹簧在反复变形过程中，会受到疲劳应力的作用，导致疲劳损伤和寿命缩短。

因此，在弹簧设计过程中，应充分考虑弹簧的疲劳强度和寿命，以保证弹簧的可靠性和安全性。

课程设计--螺旋弹簧热处理工艺设计螺旋弹簧热处理工艺设计是指针对螺旋弹簧材料的特点和要求，设计出适合的热处理工艺流程，以改善和优化螺旋弹簧的性能和品质。

一、工艺前准备：1. 了解螺旋弹簧的材料要求和使用环境，确定热处理的目标和要求。

2. 检查螺旋弹簧的材料质量和表面缺陷，对出现问题的弹簧进行修复或替换。

二、热处理工艺设计：1. 预热：将螺旋弹簧放入预热炉进行预热，目的是使材料均匀加热，消除内部应力，提高强度和韧性。

2. 淬火：将预热后的弹簧迅速放入冷却介质中（如水或油）进行淬火，使材料迅速冷却，增加弹簧的硬度和强度。

3. 回火：在淬火后，将弹簧加热至回火温度进行回火处理，目的是消除淬火产生的内应力，提高弹簧的韧性和抗脆性。

4. 冷却：将回火后的弹簧冷却至室温，完成热处理工艺。

三、工艺参数选择：1. 预热温度：根据材料的类型和要求，选择适当的预热温度，一般在材料的固溶区或临近固溶区。

2. 淬火介质：根据材料的类型和硬度要求，选择适当的淬火介质，常用的有水、油等。

3. 淬火温度：根据材料的类型和要求，选择适当的淬火温度，一般在固溶区以下。

4. 回火温度：根据材料的类型和要求，选择适当的回火温度，一般在淬火温度以下。

四、工艺参数控制：1. 热处理设备的温度控制：通过加热和冷却系统的控制，确保预热、淬火、回火的温度达到设计要求。

2. 温度保持时间的控制：对于不同的工艺阶段，根据材料的类型和要求，控制保温时间，确保弹簧材料充分吸热或降温。

3. 冷却速度的控制：根据淬火介质和温度要求，控制冷却速度，避免产生过大的应力和变形。

五、质量控制：1. 热处理前后的质量检测：通过金相组织分析、硬度测试、性能测试等手段，对热处理前后的弹簧进行质量检测，确保工艺的有效性。

2. 工艺参数调整和优化：根据质量检测结果，结合经验和技术要求，对工艺参数进行调整和优化，以提高弹簧的品质和性能。

螺旋弹簧热处理工艺设计需要根据材料特性和要求，选择适当的工艺流程和参数，通过合理的热处理，优化螺旋弹簧的性能和品质。

圆柱螺旋扭转弹簧设计计算目前，广泛应用的弹簧应力和变形的计算公式是根据材料力学推导出来的。

若无一定的实际经验，很难设计和制造出高精度的弹簧，随着设计应力的提高，以往的很多经验不再适用。

例如，弹簧的设计应力提高后，螺旋角加大，会使弹簧的疲劳源由簧圈的内侧转移到外侧，所有的计算也只是给我们一个大的方向从而减少研发成本。

下面我给大家介绍下大至的计算方法。

（见图一）圆线弹黄64 • 180 ∙Af ∙ // ∙ D12∙180∙Λ∕∙∏∙Z)1 2∙ 180-螺旋线圈构成的圆柱形弹簧，工作线圈间为恒定间距，能够承受垂直于环绕轴沿着卷绕方向和反方向的扭力。

线径大于16mm的弹簧通常为冷卷。

热成型弹簧用于强负载的直径大于IOnIm的较大尺寸弹簧。

备注：该计算设计用于线圈卷绕方向的扭转负载，不计入弹簧内部或外部导向零件的支撑效果。

也不计入出现的摩擦效果。

线圈之间的可能的摩擦也不计入在内。

适合中低负载、线性工作特性、相关低弹簧系数、低费用。

扭簧按两种基本设计制造：紧和松(线圈间隙)。

如果是静态负载，紧凑的线圈为推荐选项。

但是，工作线圈之间出现摩擦，这将导致弹簧寿命减少。

另外，线圈的过于接近的间隙阻止弹簧完美喷丸。

备注：承载负载过程中，在卷绕方向上的负载弹簧长度增加。

热成型弹簧通常一定在线圈之间会有间隙。

C二弹簧指数(c=D∕d; c=D∕t)[-]b二线宽[单位：mm, in]d二线径[单位：mm, in]D二中心弹簧直径[单位：mm, in]M二弹簧负载[Nmπι, Ib in]E=拉伸弹性模量[MPa, psi]k二扭转弹簧率[Nmm∕° , Ib in∕° ]Kb=曲线修正因数[-]LK=卷绕部分的长度[单位：mm, in]n=工作线圈数[-]P二线圈间距[单位：mm, in]廿线厚度[单位：mm, in]a=角度偏移[° ]dθ=自由弹簧的角度［。

］S=弹簧材料的弯曲应力［MPa, psi］曲线修正因数、修正因数显示弹簧来自曲线的额外应力、弹簧功能尺寸。

弹簧设计参数名称与代号压缩螺旋弹簧弹簧直径d/mm由强度计算公式确定弹簧中径D2/mm D2=Cd弹簧内径D1/mm D1=D2-d弹簧外径D/mm D=D2+d弹簧指数C C=D2/d 一般4≤C≤6螺旋升角g/° 对压缩弹簧，推荐g＝5°～9°有效圈数n由变形条件计算确定一般n>2总圈数n1压缩n1＝n＋(2~2.5)；拉伸n1＝nn1＝n＋(1.5～2)( YⅠ型热卷)；n1的尾数为1/4、1/2、3/4或整圈，推荐1/2圈自由高度或长度H0/mm两端圈磨平n1＝n＋1.5时，H0＝np+d n1＝n＋2时，H0＝np+1.5dn1＝n＋2.5时，H0＝np+2d两端圈不磨平n1＝n＋2时，H0＝np+3dn1＝n＋2.5时，H0＝np+3.5d工作高度或长度Hn/mm Hn＝H0－ln节距p/mm间距d/mm d＝p－d压缩弹簧高径比b b＝H0/D2展开长度L/mm L=pD2n1/cosg弹簧弹力计算公式：压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)；弹簧常数公式（单位：kgf/mm）：K=(G×ｄ４)／（８×Ｄｍ３×Ｎｃ） G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300；磷青铜线G=4500 ；黄铜线G=3500 d=线径Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例:线径=2.0mm , 外径=22mm , 总圈数=5.5圈 ,钢丝材质=琴钢丝K=(G×ｄ４)／（８×Ｄｍ３×Ｎｃ）＝（８０００×２４）／（８×２０３×３．５）＝０．５７１ｋｇｆ／ｍｍ拉力弹簧拉力弹簧的k值与压力弹簧的计算公式相同。