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1、弹簧设计的任务是要确定弹簧丝直径 d、工作圈数 n 以及其它几何尺寸，使得能满足强度 约束、刚度约束及稳定性约束条件，进一步地还要求相应的设计指标(如体积、重量、振动 稳定性等)达到最好。 具体设计步骤为：先根据工作条件、要求等，试选弹簧材料、弹簧指数 C。由于 sb 与 d 有 关，所以往往还要事先假定弹簧丝的直径 d。接下来计算 d、n 的值及相应的其它几何尺寸， 如果所得结果与设计条件不符合，以上过程要重复进行。直到求得满足所有约束条件的解 即为本问题的一个可行方案。实际问题中，可行方案是不唯一的，往往需要从多个可行方 案中求得较优解。 例 12-1 设计一圆柱形螺旋压缩弹簧，簧丝剖面为
2、圆形。已知最小载荷 Fmin=200N，最大载 荷 Fmax=500N，工作行程 h=10mm，弹簧类工作，要求弹簧外径不超过 28mm，端部并 紧磨平。 解： 试算(一)： (1)选择弹簧材料和许用应力。 选用 C 级碳素弹簧钢丝。 根据外径要求，初选 C=7，由 C=D2/d=(D-d)/d 得 d=3.5mm，由表 1 查得 sb=1570MPa，由 表 2 知：t=0.41sb=644MPa。 (2) 计算弹簧丝直径 d 由式 得 K=1.21 由式 得 d4.1mm 由此可知，d=3.5mm 的初算值不满足强度约束条件，应重新计算。 试算(二)： (1) 选择弹簧材料同上。为取得较大
3、的 Id 值，选 C=5.3。 仍由 C=(D-d)/d，得 d=4.4mm。 查表 1 得 sb=1520MPa，由表 2 知t=0.41sb=623MPa。 (2) 计算弹簧丝直径 d 由式 得 K=1.29 由式 得 d3.7mm。 可知：Id=4.4mm 满足强度约束条件。 (3) 计算有效工作圈数 n 由图 1 确定变形量 max：max=16.7mm。 查表 2，G=79000N/mm2， 由式 得 n=9.75 取 n=10，考虑两端各并紧一圈， 则总圈数 n1=n+2=12。至此，得到了一个满足强度与刚 度约束条件的可行方案，但考虑进一步减少弹簧外形尺寸与重量，再次进行试算。
4、试算(三)： (1)仍选以上弹簧材料，取 C=6，求得 K=1.253，d=4mm，查表 1，得 sb=1520MPa，t =0.41sb=623MPa。 (2) 计算弹簧丝直径。得 d3.91mm。知 d=4mm 满足强度条件。 (3)计算有效工作圈数 n。由试算(二)知，max=16.7mm，G=79000N/mm2 由式 得 n=6.11 取 n=6.5 圈，仍参考两端各并紧一圈，n1=n+2=8.5。 这一计算结果即满足强度与刚度约束条件，从外形尺寸和重量来看，又是一个较优的解， 可将这个解初步确定下来，以下再计算其它尺寸并作稳定性校核。 (4) 确定变形量 max、min、lim 和
5、实际最小载荷 Fmin 弹簧的极限载荷为： 因为工作圈数由 6.11 改为 6.5，故弹簧的变形量和最小载荷也相应有所变化。 由式 得： min=maxh=(17.77-10)mm=7.77mm (5) 求弹簧的节距 p、自由高度 H0、螺旋升角 和簧丝展开长度 L 在 Fmax 作用下相邻两圈的间距 0.1d=0.4mm，取 =0.5mm，则无载荷作用下弹簧的节距 为 p=d+max/n+1 =(4+17.77/6.5+0.5)mm=7.23mm p 基本符合在(1/21/3)D2 的规定范围。 端面并紧磨平的弹簧自由高度为 取标准值 H0=52mm。 无载荷作用下弹簧的螺旋升角为 基本满足 =59的范围。 弹簧簧丝的展开长度 (6) 稳定性计算 b=H0/D2=52/24=2.17 采用两端固定支座，b=2.175.3，故不会失稳。 (7) 绘制弹簧特性线和零件工作图。(end)
