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1、第一章 弹簧的设计计算第五篇 设计计算第一章 弹簧的设计计算1.1 常用弹簧材料 常用弹簧材料的性能及其用途见表5.1-1。表5.1-1 常用弹簧材料的性能及其用途类别牌 号弹簧许用切应力p，MPa许用弯曲应力BP，MPa剪切弹性模量G，GPa弹性模量E，GPa推荐硬度范围HRC推荐使用温度特性及用途类类类类类钢丝碳素弹簧钢丝B、C、D级0.3b0.4b0.5b0.5b0.625b0.5d481.578.5d478.50.5d4204202d4197-40120强度高，加工性能好，淬透性差。适用于做小弹簧（钢丝直径d8mm冷卷弹簧），或要求不高的大弹簧。重要用途碳素弹簧钢丝60Si2Mn60S
2、i2MnA47162778578598178.51974550-40200弹性好，回火稳定性好，易脱碳。用于受高负荷的弹簧。60Si2CrA4752-40250有较好的弹性、淬透性和回火稳定性。70Si2MnA53070688388311104752-40200强度高，易脱碳，有较好的弹性和回火稳定性。65Si2MnWA60Si2CrVA56074593193111674752-40250强度高，耐高温，弹性好，淬透性好。不锈钢丝1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti2Cr18Ni932443254054067771.5193-250300耐腐蚀，耐高低温，有良好的工艺性，但不能用淬火方法硬化，
3、只能在固溶处理后，通过加工来提高强度。适用于做小弹簧。热轧圆钢及带钢55Si2Mn42258873573591278.51974550-40200弹性极限、淬透性和抗回火稳定性均较高，过热敏感性较小，易脱碳。用于车辆上的板簧和螺旋弹簧。60Si2Mn47162778578598160Si2MnA60Si2CrA5297058838831110-40250有较好的弹性、淬透性和回火稳定性。70Si2MnA4752-40200强度高，易脱碳，有较好的弹性和回火稳定性。表5.1-1（续）类别牌 号弹簧许用切应力p，MPa许用弯曲应力BP，MPa剪切弹性模量G，GPa弹性模量E，GPa推荐硬度范围HR
4、C推荐使用温度特性及用途类类类类类热轧圆钢及带钢65Si2MnWA60Si2CrVA55974593193198178.51974752-40250强度高，耐高温，弹性好。50CrMn47062778578598155SiMnVB50CrVA4425887357359124550-40210有高的疲劳性能，弹性、淬透性和回火稳定性好。30W4Cr2VA4347-40500有高的疲劳性能、淬透性和回火稳定性，高温时强度高，淬透性好。注：1 p、BP、G和E值是在常温下，按表中硬度范围的下限数值测得。2 拉伸弹簧的许用应力为压缩弹簧许用应力的80。3 对损坏会引起整个机械损坏的重要弹簧，其许用应力
5、p应适当降低。4 经强压（或强扭）处理的弹簧，会产生塑性变形层和反向应力。塑性变形愈深，反向应力愈大，可提高弹簧 的许用应力。5 *表示碳素弹簧钢丝的b见GB4357-89；重要用途碳素弹簧钢丝的b见GB4358-95。1.2 圆柱螺旋弹簧1.2.1 常见圆柱螺旋弹簧的结构型式 常见圆柱螺旋弹簧的结构型式有压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧三种，见表5.1-2。表5.1-2 常见圆柱螺旋弹簧的结构型式压 缩 弹 簧拉 伸 弹 簧扭 转 弹 簧端部并紧，磨平，支承圈为1圈。端部并紧不磨平，支承圈为1圈。在薄钢片上钻有两排等间距的稍大于钢丝直径的圆孔，弹簧尾端有三圈或四圈旋入圆孔内，其余孔供增大调节用。
6、端部不并紧磨平1/4圈。弹簧端部为圆锥状，调整时转动螺母，直到所要求的长度。1.2.2 圆柱螺旋弹簧的工作图1.2.2.1 压缩弹簧工作图见图5.1-1。 技术要求： 1. 总圈数n 2. 有效圈数n 3. 旋向 4. 端圈形式 5. 热处理后硬度图5.1-1 压缩弹簧工作图1.2.2.2 拉伸弹簧典型工作图见图5.1-2和5.1-3。图5.1-2 无初拉力的圆柱螺旋拉伸弹簧工作图1.2.2.3 扭转弹簧典型工作图见图5.1-4。1.2.3 弹簧负荷性质的分类弹簧按负荷性质分三类：类：受变负荷作用，次数在106次以上的弹簧；类：受变负荷作用，次数在103106次或冲击负荷的弹簧；类：受变负荷作
7、用，次数在103次以下的弹簧。1.2.4 圆柱螺旋弹簧的设计计算1.2.4.1 压缩及拉伸弹簧的计算基本公式见表5.1-3。 技术要求： 1. 总圈数n1 2. 工作圈数n 3. 旋向 4展开长度L图5.1-3 有初拉力的圆柱螺旋拉伸弹簧工作图 技术要求： 1. 工作圈数n 2. 旋向 3展开长度L图5.1-4 圆柱螺旋扭转弹簧工作图表5.1-3 压缩及拉伸弹簧的计算公式（GB/T1239.6）项 目单位计 算 公 式最大工作负荷PnN类 给定或按Pn = p 计算类 Pn = p 计算类 Pn = p 计算旋绕比CC = D/d表5.1-3（续）项 目单位计 算 公 式曲度系数KK = +弹
8、簧丝直径dmmd = 1.6弹簧中径DmmD = D2 - d弹簧刚度PNP= = 节距tmm对压缩弹簧t = d + ，应在D2/2D2/3之内初拉力P0N对拉伸弹簧P0 = 自由长度H0mm对压缩弹簧H0 = n1t + 1.5d对拉伸弹簧H0 = nd + 2D 展开长度Lmm压缩弹簧L = 拉伸弹簧L = Dn + 挂钩尺寸螺旋角弹簧重量QkgQ = Lq10-3 q：钢丝每米重量为使压缩弹簧受力均匀，弹簧起点、终点位置最好相反，即总圈数的尾数最好取“0.5”。在设计计算中，常用以下公式对弹簧进行强度校验 工作剪切应力 = p（5.1-1） 允许工作负荷 P2 = p（5.1-2） 变
9、形量为F时的工作负荷 P = （5.1-3） 知自由长度及圈数时的间距 t = （5.1-4）1.2.4.2 弹簧旋绕比 旋绕比C值与弹簧丝d直径的关系见表5.1-4。表5.1-4 旋绕比C值与弹簧直径d的关系d（mm）0.20.40.511.12.22.56716C = D/d71451251049481.2.4.3 曲度系数K值见表5.1-5。表5.1-5 曲度系数KC44.555.566.577.588.599.5101214K1.401.351.311.281.251.231.211.201.181.171.161.151.141.121.10K11.251.21.191.171.151.141.131.121.111.11.091.091.081.071.061.2.4.4 扭力弹簧的设计计算公式见表5.1-6。表5.1-6 扭力弹簧计算的基本公式（GB/T1239
