机械设计手册弹簧设计

“弹簧”被组入到各种机构中，发挥出弹簧各自的作用。

但相对于显著的要素部件来说，它担当的是辅助的角色。

但是，它与可靠性、高速运动性能、小型轻量化和操作性等之间有很深的关系。

即使在今后的技术进步中，弹簧也是一种重要的LCA部件。

弹簧的种类和特点「弹簧」按照形状分类如下。

【表1】按照形状分类的弹簧种类施加在弹簧上的负载：P和挠度（形变量）：δ成比例（线性）关系，根据「胡克定律」。

比例常数k称为「弹簧常数」。

【图1】显示了负载和形变之间的关系。

在这个图中，斜度表示弹簧常数：k。

利用这一特性，我们设计和制造了测量物体重量的“弹簧秤”、需要一定力量动作的安全阀用弹簧等。

（2）具有不同负载特性的弹簧弹簧的负载-形变关系除了上述（1）所述的线性特性以外，还有非线性的弹簧。

以压缩螺旋弹簧为例，其中负载和形变为非线性特性的有以下3种。

非线性压缩螺旋弹簧中[1]螺旋直径，[2]间距和[3]线径中的至少一个以上的设计参数，通过变换螺旋弹簧的位置，负载的增加，来实现线条或线条与座位表面相互接触。

・在拉伸弹簧中，即使在无负载的状态下，弹簧圈之间相互作用的力：可以形成初张力。

・这种初张力在由密着状态形成时，通过弹簧线在螺旋方向紧密缠绕扭转而获得的。

・在通过冷成型紧密卷绕加工形成弹簧的情况下，尽管在一定程度上产生了初张力，但是主动形成初始张力的弹簧被称为有初始张力的弹簧。

・没有初张力的弹簧和有初张力的弹簧的负载-形变量特性如下所示。

（【图1】）・【图1】的拉伸弹簧负载-形变量关系式用【公式A】来表示。

有初张力的弹簧拉伸弹簧的负载-形变量关系式用【公式B】来表示。

【公式A】负载P（N）=弹簧常量k（N/mm）x形变量δ（mm）【公式B】荷重P（N）=初张力Pi（N）由下述公式算出。

+弹簧常量k（N/mm）x形变量δ（mm）・初张力Pi（3）拉伸弹簧的各种形状拉伸螺旋弹簧的形状在弹簧特性面上有时不具有非线性，大致有圆筒形和双重拉伸两种。

机械设计手册第五版〔目录〕第一卷第1篇：一般设计资料第一章、常用基础资料和公式第二章、铸件设计的工艺性和铸件结构要素第三章、锻造和冲压设计的工艺性和结构要素第四章、焊接和铆接设计的工艺性第五章、零部件冷加工设计工艺性与结构要素第六章、热处理第七章、外表技术第八章、装配工艺性第九章、工程用塑料和粉末冶金零件设计要素第十章、人机工程学有关功能参数第十一章、符合造型、荷载、材料等因素要求的零部件结构设计准则第十二章、装备要求及设备基础第2篇：机械制图、极限与配合、形状和位置公差及外表结构第一章、机械制图第二章、极限与配合第三章、形状和位置公差第四章、外表结构第五章、孔间距偏差第3篇：常用机械工程材料第一章、黑色金属材料第二章、有色金属材料第三章、非金属材料第四章、其他材料及制品第4篇：机构第一章、机构分析的常用方法第二章、基本机构的设计第三章、组合机构的分析与设计第四章、机构参考图例第二卷第5篇：连接与紧固第一章、螺纹及螺纹连接第二章、铆钉连接第三章、销、键和花键连接第四章、过盈连接第五章、胀紧连接和型面连接第六章、锚固连接第七章、粘结第6篇：轴及其连接第一章、轴和软轴第二章、联轴器第三章、离合器第四章、制动器第7篇：轴承第一章、滑动轴承第二章、滚动轴承第三章、直线运动滚动功能部件第8篇：起重运输机械零部件第一章、起重机械零部件第二章、输送机械零部件第9篇：操作件、小五金及管件第一章、操作间及小五金第二章、管件第三卷第10篇：润滑与密封第一章、润滑方法及润滑装置第二章、润滑剂第三章、密封第四章、密封件第11篇：弹簧第一章、弹簧的类型、性能及应用第二章、圆柱螺旋弹簧第三章、截锥螺旋弹簧第四章、蜗卷螺旋弹簧第五章、多股螺旋弹簧第六章、蝶形弹簧第七章、开槽蝶形弹簧第八章、膜片弹簧第九章、环形弹簧第十章、片弹簧第十一章、板弹簧第十二章、发条弹簧第十三章、游丝第十四章、扭杆弹簧第十五章、弹簧的特殊处理及热处理第十六章、橡胶弹簧第十七章、橡胶---金属螺旋复合弹簧〔简称复合弹簧〕第十八章、空气弹簧第十九章、膜片第二十章、波纹管第二十一章、压力弹簧管第12篇：螺旋传动、摩擦轮传动第一章、螺旋传动第二章、摩檫轮传动第13篇：带、链传动第一章、带传动第二章、链传动第14篇：齿轮传动第一章、渐开线圆柱齿轮传动第二章、圆弧圆柱齿轮传动第三章、锥齿轮传动第四章、涡杆传动第五章、渐开线圆柱齿轮行星传动第六章、渐开线少齿查行星齿轮传动第七章、销齿传动第八章、活齿传动第九章、点线啮合圆柱齿轮传动第十章、塑料齿轮第四卷第15篇：多点啮合柔性传动第一章、概述第二章、悬挂安装结构第三章、悬挂装置的设计计算第四章、柔性支撑的结构形式和设计计算第五章、专业技术特点第六章、整体结构的技术性能、尺寸系列及选型方法第七章、多点啮合柔性传动动力学计算第16篇：减速器、变速器第一章、减速器设计一般资料第二章、标准减速器及产品第三章、机械无极变速器及产品第17篇：常用电机、电器及电动〔液〕推杆及升降机第一章、常用电机第二章、常用电器第三章、电动、电液推杆及升降机第18篇：机械振动的控制及利用第一章、概述第二章、机械振动的基础资料第三章、线性振动第四章、非线性振动机随机振动第五章、振动的控制第六章、机械振动的利用第七章、机械振动测量技术第八章、轴和轴系的临界转速第19篇：机架设计第一章、机架结构概论第二章、机架设计的一般规定第三章、梁的设计与计算第四章、柱和立架的设计与计算第五章、桁架的设计与计算第六章、框架的设计与计算第七章、其他形式的机架第20篇：塑料制品与塑料注射成型模具设计第一章、塑料制品设计第二章、塑料注射成型工艺第三章、塑料注射成型模具设计第四章、热固性塑料注射成型模具第五章、塑料注射成型模具实例第六章、塑料注射成型模具标准模架第七章、塑料注射成型模具设计程序与CAD第五卷第21篇：液压传动第一章、基础标准与液压流体力学常用公式第二章、液压系统设计第三章、液压基本回路第四章、液压工作介质第五章、液压泵和液压马达第六章、液压缸第七章、液压控制阀第八章、液压辅助件及液压泵站第九章、液压传动系统的安装、使用和维护第22篇：液压控制第一章、控制理论基础第二章、液压控制概述第三章、液压控制元件、液压动力元件、伺服阀第四章、液压伺服系统的设计计算第五章、电液比例系统的设计计算第六章、伺服阀、比例阀及伺服缸主要产品简介第23篇：气压传动第一章、基础理论第二章、压缩空气站、管路网络及产品第三章、压缩空气净化处理装置第四章、气动执行元件及产品第五章、方向控制阀、流体阀、流量控制阀及阀岛第六章、电--气比例/伺服系统及产品第七章、真空元件第八章、传感器第九章、气动辅件第十章、新产品、新技术第十一章、气动系统第十二章、气动相关技术标准及资料第十三章、气动系统的维护及故障处理。

弹簧设计步骤详解弹簧设计是机械设计中的一个非常重要的部分，弹簧在工程中有广泛的应用，如汽车悬挂系统、电器设备、工具、家具等。

弹簧设计的目的是根据所需的力学性能以及工作环境条件来选择适合的材料、形状和尺寸，并确保其具有合适的弹性性能和寿命。

下面是弹簧设计的详细步骤：1.确定设计要求：根据应用场景和使用要求，确定所需的弹簧的负载条件、工作温度、运动方式等。

这些要求将直接影响到弹簧的材料和几何参数的选择。

2.选择材料：根据所需的弹簧性能指标，如弹性模量、屈服强度、疲劳寿命等，选择合适的弹簧材料。

常用的弹簧材料有钢丝、高碳钢、不锈钢、钛合金等。

不同的材料有不同的力学性能和耐腐蚀性，需要根据具体情况进行选择。

3.计算负载条件：根据设计要求和所选材料，计算所需的弹簧负载条件，包括最大负载、工作位移范围、应力、挠度等。

这些参数将决定弹簧的尺寸和形状。

4.选择弹簧类型：根据负载条件和运动方式，选择合适的弹簧类型，包括压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧等。

不同类型的弹簧适用于不同的负载和运动方式，需要根据实际情况进行选择。

5.确定弹簧形状：根据所选的弹簧类型和负载条件，确定弹簧的几何形状和尺寸。

弹簧的形状直接影响到其弹性性能和负载能力，需要根据实际需要进行选择，如圆柱形弹簧、圆锥形弹簧、卷曲弹簧等。

6.估计弹簧寿命：通过应力分析和疲劳计算，估计弹簧的寿命。

弹簧在工作中可能会受到重复载荷的作用，而导致疲劳破坏，需要通过合适的疲劳分析方法来评估寿命。

7.弹簧制造工艺：根据所选的弹簧形状和尺寸，确定适合的制造工艺，包括卷制、切割、热处理、表面处理等。

弹簧的制造工艺对于其质量和性能有直接影响，需要进行合理的选择。

8.弹簧的安装和使用：在设计过程中考虑弹簧的安装和使用条件，如安装方式、运动方式、周围环境等。

这些因素将影响弹簧的实际工作性能和寿命，需要充分考虑。

以上是弹簧设计的详细步骤，这些步骤涵盖了弹簧设计中的关键要点，通过合理的设计和选择，可以确保弹簧在工程中具有良好的弹性性能和寿命，满足工程要求。

名称弹簧简图特点及应用名称碟形弹簧环形弹簧盘簧弹簧简图特点及应用承受压力，缓冲及减振能力强，常用于重型机械的缓冲和减振装置。

承受压力，是目前最强的压缩、缓冲弹簧，常用于重型设备，如机车车辆、锻压设备和机械中的缓冲装置。

承受转矩，能储存较大的能量，常用作仪器、钟表中的弹簧。

弹簧设计标准一、弹簧的功能弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的构造特点，它具有屡次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。

很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。

其主要功能有：(1)、减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。

⑵、测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。

⑶、储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。

⑷、控制运动，如控制弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，控制内燃机气缸阀门开启的弹簧等。

二、弹簧的类型、特点和应用弹簧的分类方法很多，按照所承受的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；按照形状的不同，弹簧可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘形弹簧和板弹簧等；按照使用材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧。

各种弹簧的特点、应用见表1。

表1弹簧的根本类型、特点和作用在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。

故本章主要讲述这类弹簧的构造形式、设计理论和计算方QF圆柱形螺旋弹簧圆柱形螺旋扭转弹簧圆锥形螺旋弹簧图(a)承受拉力，图(b)承受压力，构造简单，制造方便，应用最为广泛承受压力，构造紧凑，稳定性好，防振能承受转矩，主要用于各种装置中的压紧和蓄能法。

三、弹簧使用的材料及其用途弹簧钢的的主要性能要求是高强度和高屈服极限和疲劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。

但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。

合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强钢的淬透性和屈强比。

弹簧材料使用最广者是弹簧钢〔SUP〕。

机械设计手册弹簧设计
摘要：
1.弹簧设计的基本概念与分类
2.弹簧设计的主要参数与公式
3.弹簧设计的一般流程与方法
4.弹簧设计的应用实例与分析
正文：
一、弹簧设计的基本概念与分类
弹簧设计是机械设计手册中的一个重要组成部分，主要涉及对弹簧的类型、结构、材料等方面的设计。

弹簧根据其形状和功能可以分为多种类型，如螺旋弹簧、圆柱弹簧、平板弹簧等。

每种类型的弹簧都有其独特的应用场景和设计要求。

二、弹簧设计的主要参数与公式
弹簧设计的主要参数包括线径、弹力、自由长度、工作长度等。

在设计过程中，需要根据这些参数选择合适的弹簧材料和结构。

弹簧设计中常用的公式包括弹簧刚度公式、弹簧变形量公式等，通过这些公式可以计算出弹簧在受力情况下的性能参数。

三、弹簧设计的一般流程与方法
弹簧设计的一般流程包括需求分析、参数计算、结构设计、材料选择、性能分析等。

在设计过程中，需要根据实际需求分析弹簧的工作环境、受力情况等，然后根据需求选择合适的弹簧类型和结构。

在材料选择方面，需要根据弹
簧的性能要求选择合适的材料，并进行相应的性能分析。

四、弹簧设计的应用实例与分析
弹簧设计在各种机械设备中都有广泛应用，如在汽车悬挂系统中，弹簧用于缓冲车身与地面之间的冲击；在电子设备中，弹簧用于固定和保护元件等。

通过对这些应用实例的分析，可以更好地了解弹簧设计的实际应用和性能要求。

总之，弹簧设计是机械设计手册中一个重要的领域，需要综合考虑弹簧的类型、结构、材料等因素，以实现良好的性能和应用效果。

机械设计——弹簧机构设计弹簧机构是一种常见的机械设计中的重要部件。

它由弹簧和与之配合的其他零件组成，能够将能量储存起来，并在需要时释放出来。

弹簧机构广泛应用于各种机械装置中，包括汽车悬挂系统、钟表发条、射击器械等。

在弹簧机构的设计中，需要考虑的重要因素包括弹簧的选材、弹簧的形状和尺寸、弹簧的预紧力、弹簧的刚度等。

选材是弹簧机构设计中的第一步，需要根据机械装置的工作条件选择合适的弹簧材料，常用的弹簧材料包括钢、铁、铜、合金等。

弹簧的形状和尺寸需要根据机械装置的工作要求来确定，常见的弹簧类型有螺旋弹簧、拉伸弹簧、压缩弹簧等。

弹簧的预紧力是指弹簧在装配过程中受到的初次拉伸或压缩力，需要根据机械装置的要求和弹簧的特性来确定。

预紧力的大小直接影响到弹簧机构的工作效果和寿命，过小的预紧力会导致弹簧工作无效，过大的预紧力则会导致弹簧过早疲劳失效。

弹簧的刚度是指弹簧在受到外力作用时的变形程度，可以通过弹簧的刚度系数来描述。

刚度系数越大，表示弹簧在受到外力作用时变形越小，从而能够提供更大的力矩或扭矩。

刚度系数的选择需要根据机械装置的工作要求来确定，过小的刚度系数会导致机械装置运行不稳定，过大的刚度系数则会导致机械装置运行阻力大，能量损耗大。

在弹簧机构的设计过程中，还需要考虑到弹簧的安全系数和寿命。

安全系数是指弹簧的实际工作强度与设计强度之间的比值，一般建议选择安全系数大于1.5、寿命是指弹簧在一定工作条件下的工作时间，需要根据机械装置的使用频率和要求来确定，一般通过弹簧的疲劳试验来评估。

弹簧机构设计的成功与否直接影响到机械装置的性能和可靠性。

在进行弹簧机构设计时，需要综合考虑机械装置的工作要求、弹簧材料的特性和弹簧的力学特性等因素，合理选择弹簧类型、尺寸和预紧力，并进行弹簧的应力分析和疲劳寿命评估，从而确保弹簧机构的稳定性和可靠性。

总结起来，弹簧机构设计是一项具有挑战性的任务，在设计过程中需要考虑多个因素对机械装置的影响，并进行合理的选择和计算。