弹簧经验设计
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前言
在设计弹簧时，除了选取标准弹簧，但往往有很多是非标的；或拿人家设计的来用，但也得验算弹簧刚度和工作力。如果完全按《机械设计手册》计算，则复杂繁琐。下面是结合工作实践，进行归纳后的螺旋压缩/拉伸弹簧的简易计算方法。
圆线螺旋弹簧的简易计算方法
序号 项 目 内 容 说 明
一 材料 碳素弹簧钢丝C级
力学参数：G=80*103 Mpa；τp＝800Mpa 用于中等应力弹簧，材料在钢厂经冷拔强化处理，加工后只需低温回火
二 弹簧中径 由零件空间相关尺寸或结构决定 弹簧内/外径离零件表面要有一定空隙；建议≥1
三 弹丝直径 根据旋绕比C(热绕4～10；冷卷4～14)，计算簧丝直径：d=D/C，选取标准直径簧丝 一般是冷卷绕制；超出推荐值后绕制困难
四 单圈刚度 Pd′=G*d4/(8*D3)*103， 单位：N/mm 材料确定后，单圈刚度只与D、d有关。
G：78.5～80*103 Mpa，d＞4，取78.5；d＜4，取80；简化直接取80
五 总刚度 Pd＝Pd′／n； 按估算刚度，对D、d适当调整；或微调n，使Pd接近估算刚度；
六 工作弹簧力 压缩量*总刚度；单位：N； 工作弹簧力一般在(20％～80％)Pj范围
七 极限弹簧力
Pj=3.14*d3/(8*K*D)*τp； 单位：N
K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C； τp＝0.5*δb，δb玉柴技术标准手册114页；
或780～850Mpa，d＞3，取780；d＜3，取850；
或简化直接取810Mpa；
注：拉伸弹簧取80％Pj ；
八 节距 t≈D/3～D/2； 按自由长度算出；
九 有效圈数 按标准选取
十 自由高度 n*t + 1.5*d，进行圆整； 端部并紧磨平，支承圈为1圈
主要从《机械设计手册第2卷11章》和《弹簧设计手册》总结归纳
例1：某夹具的M20螺杆外面套一个压缩弹簧，夹紧后高度80毫米，压缩约15～20毫米；压板重量4Kg，设计该压缩弹簧。
一、估算：
夹紧后，弹簧压缩约17毫米，弹力约5Kg(必须大于4Kg)；弹簧自由高度80+(15～20)毫米；弹簧刚度：5*10/17＝2.94N/mm；
二、计算：
1、选碳素弹簧钢丝-C，中径φ24；C取9.5；d＝24/9.5＝2.53；选φ2.5簧丝；
2、Pd′＝80*103*2.54/(8*243)＝28.26N/mm；
3、考虑前面的估算刚度(2.94），取n＝10，Pd＝28.26／10＝2.83N/mm；
4、考虑前面的估算自由高度：95～100，取100，则t＝(100-1.5*2.5)/10＝9.625；
三、验算：
1、压缩20毫米，F＝2.83*20＝56.6 N＞４Kｇ；
2、极限力：Pj=3.14*d3/(8*K*D)*τp＝3.14*2.53/(8*1.15*24)*850＝188.87N；
例2：
现有一压缩弹簧，簧丝直径φ2，有效圈数4，中径φ25.5，工作行程7.5，需承重3.2Kg，进行验算
Pd′=G*d4/(8*D3)*103＝80*24/(8*25.53)*103 ＝ 9.65N/mm；
F＝9.65/4*7.5＝18N；
改簧丝直径为φ2.5；
Pd′＝80*2.54/(8*25.53)*103 =23.6N/mm；
F＝23.6/4*7.5＝44N；
44N＞3.2Kg；
结论，改成φ2.5满足要求；
技巧：
1、根据工作条件，对总刚度和自由高度进行简单估算；
2、簧丝直径是标准的，但弹簧中径可以非标；因此对D、d灵活选取；
3、单圈刚度算出后，总刚度只与n有关，适当调整n以合适总刚度；
4、确定n后，对节距t作适当调整(当然自由高度也相应变化)，以满足工作状况；
结论：主要用三个公式
d=D/C； Pd′=G*d4/(8*D3)*103 ； Pj=3.14*d3/(8*K*D)*τp；
