承受静态或循环负载下各种金属弹簧的几何和强度设计计算.doc

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1、承受静态或循环负载下各种金属弹簧的几何和强度设计计算1. 以下种类金属弹簧的几何设计和工作循环参数计算： 圆线和棒螺旋圆柱压缩弹簧 方线和棒螺旋圆柱压缩弹簧 圆线和棒螺旋圆锥压缩弹簧 方线和棒螺旋圆锥压缩弹簧 盘形弹簧 圆线和棒螺旋圆柱拉伸弹簧 方线和棒螺旋圆柱拉伸弹簧 螺旋弹簧 圆线和棒螺旋圆柱扭转弹簧 方线和棒螺旋圆柱扭转弹簧 圆截面扭力杆弹簧 方形截面扭力杆弹簧 恒定截面片弹簧 抛物线截面片弹簧 叠板弹簧 2. 适合尺寸的自动调整弹簧3. 静态和动力强度检查4. 程序包含常用弹簧材料表依据 EN, ASTM/SAE, DIN, BS, JIS, UNI, SIS, CSN 和其他。 计算

2、基于数据,程序,运算法则。这些来自专业文献和以下标准 EN 13906, DIN 2088, DIN 2089, DIN 2090, DIN 2091, DIN 2092, DIN 2093, DIN 2095, DIN 2096, DIN 2097。计算的法则和控制可以在以下文档中找到 控制,结构和计算法则.项目信息项目信息章节的目的,使用和控制可以通过链接文档找到项目信息.弹簧被设计为保留和集聚机械能量的结构零件,利用材料的弹性变形原理。弹簧输入常用于以下方面的负载机械零件： 驱动和摆动设备的能量吸收 静态和动态力的阻隔 创造力传递的元素 防震动保护的冲击吸收 控制和测量力的设备 弹簧的功

3、能计算依据在其负载下的变形曲线和区域。根据不同的变形模式,弹簧可以分成以下三种类型：1. 线性弹簧 2. 递减弹簧 3. 递增弹簧 图中 W 区域弹簧特性曲线以下为弹簧在其负载下所积聚的变形能量。变形能量按压缩弹簧,扭转弹簧或折弯弹簧定义以下的公式：扭转弹簧：基本的量化弹簧功能是弹簧的硬度弹簧常量,弹簧系数k定义由于单位变形位移或转距而产生的负载力或扭矩强度。 线性弹簧拥有固定的弹簧系数,其他弹簧为变化的弹簧系数。弹簧被赋予内应力,就是在最小负载下的状态。根据弹簧的功能,有四个基本的弹簧状态：弹簧状态弹簧状态描述索引自由状态未负载0预负载 最小工作载荷下的弹簧1完全负载最大工作载荷下的弹簧8极

4、限弹簧承受极限负载-根据材料的强度和设计极限例如,压缩弹簧的线圈全部接触9以上所提到的索引被用于在计算中定义弹簧各个状态的参数值弹簧在完全负载下和内应力条件下的变形不同被称为弹簧工作冲击 H, aH.根据强度检查和工作寿命,有以下两种金属弹簧负载：1. 静态负载 2. 弹簧承受静态负载或较低的变化负载,也就是说,负载的循环变化,工作寿命低于105 。 3. 疲劳负载4. 弹簧承受振荡动态负载,也就是负载周期变化,工作寿命大于等于105金属弹簧根据不同外观可以按组分类。根据负载类别和结构设计的分类为基本。最常用的弹簧类别详细描述如下： 轴向力负载弹簧压缩/拉伸 - 螺旋弹簧 - 盘形弹簧和垫片弹

5、簧 - 环形弹簧 - 恒力弹簧 横向力负载弯曲 - 片弹簧 - 曲线弹簧 扭矩负载弹簧 - 扭力杆弹簧 - 盘形弹簧 - 螺旋线圈弹簧 圆柱螺旋压缩弹簧螺旋线圈制造的圆柱形弹簧,工作线圈之间有恒定的间隙,可以吸收轴向的外部作用力。线径约为16mm的弹簧线圈为冷成型。热成型弹簧一定是用于线径大于10mm的高负载产品上。压缩弹簧通常为圆线径线圈。方形截面弹簧常用于需要高负载低结构高度bh的领域。详细属性 适合低中载荷 线性工作特性 相应的低弹簧系数 易于装配和拆卸 低费用 弹簧计算的基本关系式圆线弹簧方线弹簧含义:c . 弹簧直径比 -b . 线宽 mm, ind . 线径 mm, inD . 中

6、心直径 mm, in F . 弹簧负载 N, lbG . 剪切弹性模量MPa, psih . 线高 mm, ink . 弹簧系数 N/mm, lb/inKs . 曲线校正因数 -L0 . 自由弹簧长度 mm, inLS . 固体长度 mm, inn . 线圈数 -p . 线圈间距mm, ins . 弹簧变形mm, in .形状系数 t - t .弹簧材料扭应力 MPa, psi 曲线纠正因数线圈弯曲导致额外的线圈弯曲应力。因此计算使用校正因数来纠正压力。对于圆截面线圈弹簧,校正因数是由几个经验公式决定的。 .计算使用以下的关系式： 对于方形截面弹簧,校正系数由来自适当的列线图的所给弹簧直径比

7、b/h 来决定的。计算中的校正系数已经包含了现状系数.推荐弹簧尺寸冷成型热成型弹簧直径比 c4 - 163 - 12外径 Demax. 350 mmmax. 460 mm工作线圈数min. 2min. 3比率 b/h1:5 - 5:1自由长度 L0max. 1000 mm长细比 L0/D1 - 10间距 p D; min. 1.5 d弹簧收尾设计考虑到压缩弹簧,几种不同的收尾设计。区别于收尾线圈数,线圈的加工以及支撑面的设计。o 收尾线圈为弹簧的末端线圈,与工作线圈同轴,在弹簧工作变形时角度和间距不会变化。收尾线圈常常为弹簧的支撑面,对于压缩弹簧,通常为两端收尾。 o 磨平线圈为线圈的末端被加

8、工为与轴线垂直的平面。通常加工边缘线圈一半的3/4一直到开放收尾。磨平的线圈通常使用于线径 d 1 mm的弹簧. 最常用的弹簧收尾设计A. 端部不并紧不磨平: 端部线圈未折弯靠紧,端面未磨平 B. 端部不并紧磨平: 端部线圈未折弯靠紧,端面磨平与轴向垂直 C. 端部并紧不磨平: 端部线圈折弯靠紧,端面未磨平D. 端部并紧磨平: 端部线圈折弯靠紧,端面磨平 安装检查压缩弹簧必须总是要考虑侧变形保护。通过比较最大弹簧工作变形表现为弹簧的自由长度的百分比和允许变形来检查。允许变形值根据所给长径比L0/D以及弹簧的安装方式靠经验决定。通常侧变形的风险随着长径比和弹簧工作压力的增加而增加。弹簧的安装方式

9、对于可能性的侧变形有着明显的影响。A. 一端固定-一端开放B. 两端销住C. 一端夹住,一端夹住并克制侧向变形D. 一端夹住,一端销住E. 两端夹住无侧向限制对于不能防止侧变形的弹簧通常使用中心支撑柱或套管固定。 如果中心柱或套管的摩擦存在破坏性,弹簧可以被分割成几小段排列安装。不同弹簧安装方式的允许变形曲线螺旋圆锥压缩弹簧螺旋线圈制造的圆锥形弹簧,工作线圈之间有恒定的间隙,可以吸收轴向的外部作用力。线径约为16mm的弹簧线圈为冷成型。热成型弹簧一定是用于线径大于10mm的高负载产品上。圆锥弹簧用于弹簧系数随着压缩量变化的弹簧。 详细属性 适合低中载荷 非线性工作特性 相应的低弹簧系数 易于装

10、配和拆卸 低费用 弹簧计算的基本关系式随着圆锥弹簧的压缩量增加,相邻的工作线圈渐渐接触第一个线圈直径最大。随后的压缩变形中这些线圈不再参与变形从而导致弹簧系数渐渐增加。工作特性可以分为两个区域：I. 线性工作区域恒定的弹簧系数 - FFC极限力 FC 依据线圈p之间的间距,也就是选择的自由弹簧长度 L0的尺寸。极限力 FC随着弹簧长度和线性弹簧系数的增加而增加。圆线弹簧方形弹簧I. 线性工作区域 FFCII. 递增特性工作区域 FFC意义:cmin . 最小弹簧直径比 -cmax . 最大弹簧直径比 -b . 线宽 mm, ind . 线径 mm, indx . 弹簧偏距 mm, inDmin

11、 . 最小中心直径 mm, in Dmax . 最大 中心直径 mm, inF . 弹簧负载 N, lbG .剪切弹性模量 MPa, psih . 线高 mm, ink . 弹簧率 N/mm, lb/inKs . 曲线校正因数 -L0 . 自由弹簧长度 mm, inLS . 固体长度 mm, inn . 工作线圈数 -p . 线圈间距 mm, ins . 弹簧变形 mm, in .形状系数t - t . 弹簧材料扭应力l MPa, psi 曲线纠正因数线圈弯曲导致额外的线圈弯曲应力。因此计算使用校正因数来纠正压力。对于圆截面线圈弹簧,校正因数是由几个经验公式决定的。 .计算使用以下的关系式：

12、对于方形截面弹簧,校正系数由来自适当的列线图的所给弹簧直径比 b/h 来决定的。计算中的校正系数已经包含了现状系数.推荐弹簧尺寸弹簧直径比cminmin. 3弹簧直径比cmaxmax. 20直径 Dmaxmax. 350 mm比率 Dmax/Dminmin. 2工作线圈数 nmin. 2比率 b/h1:5 - 5:1长细比 L0/D1 - 5间距 p D; min. 1.5 d弹簧收尾设计考虑到压缩弹簧,几种不同的收尾设计。区别于收尾线圈数,线圈的加工以及支撑面的设计。o 收尾线圈为弹簧的末端线圈,与工作线圈同轴,在弹簧工作变形时角度和间距不会变化。收尾线圈常常为弹簧的支撑面,对于压缩弹簧,通

13、常为两端收尾。 o 磨平线圈为线圈的末端被加工为与轴线垂直的平面。通常加工边缘线圈一半的3/4一直到开放收尾。磨平的线圈通常使用于线径 d 1 mm的弹簧. 最常用的弹簧收尾设计A. 端部不并紧不磨平: 端部线圈未折弯靠紧,端面未磨平 B. 端部不并紧磨平: 端部线圈未折弯靠紧,端面磨平与轴向垂直 C. 端部并紧不磨平: 端部线圈折弯靠紧,端面未磨平D. 端部并紧磨平: 端部线圈折弯靠紧,端面磨平 盘形弹簧被挖空截取的圆锥环形孔,能够吸收外部轴向力带来的相互挤压。弹簧的截面通常为方形。大尺寸的弹簧6mm通常磨平接触面。盘形弹簧设计用于高负载低变形。可以分开独立使用或成组使用。当成组使用的时候,

14、必须计算摩擦效应。成组的摩擦计算为每层负载的35。工作负载必须相应的增加。盘形弹簧的应力产生比较复杂。最大压缩应力基于内部最高边。张应力出现在底部最外圈。最大压缩应力用于静态负载下的弹簧强度检查。循环疲劳负载下的弹簧需检查张应力。备注: 该计算设计用于没有加工接触表面的盘形弹簧。另外,计算没有计入摩擦效应。详细属性 适合高载荷 非线性递减工作特性 高弹簧系数硬度 低空间要求 易于装配和拆卸 低费用 工作参数盘形弹簧参数曲线的形状受相应高度h0/t影响很大。在高度值较低的情况下,弹簧显现线性特性；随着比率增大,曲线明显降低。成组设计有三种成组结构盘形弹簧A. 平行排列:弹簧平行组装,成组弹簧的弹

15、性系数高于单个弹簧 B. 连续排列: 弹簧相互反向排列,成组弹簧的弹性系数小于单个弹簧 C. 综合排列弹簧基本计算公式单个弹簧Springs set含义: De . 外径 mm, in Di .内径 mm, inE . 拉伸弹性模量 MPa, psiF . 弹力 N, lbFS . 完全压缩弹簧力 mm, inFT . 成组总力 mm, inh . 叠片高度 mm, inh0 .叠片的内部高度 mm, ini . 组合编号 -k . 弹簧率 N/mm, lb/inkT . 成组总硬度 N/mm, lb/inK1, K2, K3. 形状系数 -L0 . 弹簧自由长度 mm, inLS . 固体长

16、度 mm, inn . 成组平行叠片数 -s . 弹簧变形 mm, insT . 成组总变形量 mm, int . 材料厚度 mm, ind . 内外径比 -m . 柏松比-sOM, sI, sII, sIII,sIV .所给弹簧指数的材料应力 MPa, psi 推荐弹簧尺寸直径比 De/Di1.75 - 2.5相对高度 h0/t0.4 - 1.4比率 De/t16 - 40平行叠片数 nmax. 3成组叠片数 imax. 20叠片总数 n*imax. 30长细比 L0/Demax. 3摩擦摩擦对盘形弹簧的功能有明显的影响效果。弹簧负载产生接触面之间的摩擦。即使是平行排列的弹簧也有摩擦。摩擦导

17、致负载力增加同时回复力减小。摩擦对弹簧负载的影响单个弹簧 2.3 %2 平行排列弹簧 4.6 %3 平行排列弹簧 6.9 %4 平行排列弹簧 8.12 %5 平行排列弹簧 10.15 %摩擦总量受很多因数影响弹簧设计,材料,表面处理,成组弹簧数,摩擦类别等等。对弹簧负载不能准确的计算,下面的公式用于定义近似的弹簧纠正力：含义：mM . 表面摩擦系数-mR . 边缘摩擦系数- . 负载中+ . 卸载中近似摩擦系数值弹簧类型mMmR标准0.003 - 0.0300.02 - 0.05加工的接触平面0.002 - 0.0150.01 - 0.03加工的接触平面弹簧大尺寸弹簧 6 mm 有时使用加工接

18、触平面。这些弹簧的计算公式明显不同,可以在DIN 2092中找到案例 。螺旋圆柱拉伸弹簧螺旋的线圈做成的圆柱形弹簧,工作线圈之间为恒定间隙,可以吸收外部轴向力。线径约为16mm的弹簧线圈为冷成型。热成型弹簧一定是用于线径大于10mm的高负载产品上。拉伸弹簧通常为圆线或圆棒做成。方形线圈很少用。 考虑到固定挂钩形状和设计对弹簧工作寿命减少和无法做到完美的喷丸效果。不推荐使用拉伸弹簧于疲劳负载弹簧上。如果必须使用拉伸弹簧于疲劳负载,建议避免使用固定挂钩而选择其他的弹簧固定方式。详细属性 适合中低载荷 不适合循环疲劳负载 线性工作特性 相应的低弹簧系数 易于装配和拆卸 低费用 弹簧设计 拉伸弹簧用于

19、两种基本设计：A. 预压弹簧B. 冷成型拉伸弹簧适合预应力加工,因此工作线圈封闭。预压弹簧可以增加弹簧的负载容量。对于指定长度弹簧变形,必须使用无预压的更高负载。预压产生于弹簧线圈的卷绕过程中。尺寸大小依据使用的材料,弹簧指数和卷绕方式。 C. 无内部预压弹簧 D. 由于技术原因如果没有必要,可以使用松的线圈弹簧,没有预压 ,工作线圈之间有间隙。自由状态下的线圈间距通常为 0.2*D p 0.4*D。 备注：热成型弹簧和方形线圈弹簧总是无内应力生产。弹簧计算基本关系式 圆线圈弹簧方形线圈弹簧A. 预压弹簧 B. 无预压弹簧含义：c . 弹簧指数 -b . 线宽mm, ind . 线径mm, i

20、nD . 弹簧中心直径mm, in F . 弹簧负载N, lbF0 .内应力N, lbG . 剪切弹性模量MPa, psih . 线高mm, ink . 弹簧系数N/mm, lb/inKs . 曲线纠正因数-L0 . 弹簧自由长度mm, inLH . 弹簧挂钩高度mm, inLK .有效截面长度mm, inn . 工作线圈数-p . 线圈间距mm, ins . 弹簧变形量mm, in. 形状系数 - t . 弹簧材料拉伸应力 MPa, psit0 . 内应力MPa, psi曲线修正因数线圈弯曲导致额外的弯曲应力。因此计算使用修正系数来修正拉伸。圆线圈弹簧,修正系数通过所给弹簧卷绕比率来定义,比

21、率通过几个经验公式计算 。计算使用下面的关系式： 方形截面线圈弹簧,修正系数由来自适当的列线图中所给弹簧指数和b/h比率来定,计算中的修正系数已经包含于形状系数弹簧内应力内应力出现在弹簧线圈的卷绕过程中,它的数量依据弹簧的材料,弹簧指数以及卷绕方式。通常数值在一下范围内：技术上较高的数值很难获得,较低的数值很难被准确的测量。为了定义拉丝机床加工弹簧内应力,DIN 2089标准定义以下公式：内拉伸应力计算公式：推荐弹簧尺寸弹簧指数 c4 - 16外径 Demax. 350 mm工作线圈数 nmin. 3比率 b/h1:5 - 5:1自由长度 L0max. 1500 mm长细比 L0/D1 - 1

22、5间距 p D - 无预压弹簧弹簧收尾设计拉伸弹簧用于许多不同设计。最常用的收尾设计可以在下图中找到。弹簧的收尾设计依据弹簧的固定方式,尺寸以及负载总量。弹簧收尾设计A .半圈B . 整圈C . 侧面整圈D .双扭曲整圈E . 侧面双扭曲整圈F . 内部整圈G . 提高的挂勾H . 侧面提高的挂勾L . 锥形旋转小圈收尾I . 小圈J . 侧面小圈K . 倾斜的整圈M . 锥形旋转螺栓收尾N . 螺丝状收尾O . 螺丝状束缚收尾拉伸弹簧通常使用几种不同高度和特性的挂钩来固定A.J。从技术角度讲,固定挂钩是最好的解决方案,但是,这也带来弹簧负载的一些确定问题。弹簧负载带给挂钩集中的负载应力,该负

23、载应力可能明显地高于弹簧线圈所计算的应力。针对在挂钩中产生的弯曲应力,小圈类别 I, J或双圈类别 D, E是最佳方案。针对由线变成线圈所产生的集中的扭转应力,侧边整圈类别 C,E,I是最佳方案。对于挂钩的独立设计,以下挂钩高度值指定如下：设计AB, CD, EFG, HI, JK挂钩高度0.55.0.8 Di0.8.1.1 Di Di 1.05.1.2 Di 1.2 Di 0.6 Di0.35.0.9 Di热成型弹簧,方形线圈弹簧以及循环负载弹簧通常无弹簧卡钩使用。无固定挂钩弹簧使用边缘线圈固定,弹簧功能变形中线圈间距不会变化。弹簧卡钩应力检查弹簧负载带给挂钩集中的负载应力,该负载应力可能明

24、显地高于弹簧线圈所计算的应力。因此推荐检查挂钩负载。可能性的集中应力总和依据挂钩的类别,设计和尺寸,很难理论计算。不考虑以上因数,至少使用近似的计算来提供一些方向性的对于给定材料弹簧可能性超出强度极限。根据固定挂钩设计,两种基本强度检查可以执行：弹簧卡钩弯曲应力检查挂钩弯曲所产生的弯曲应力总和依据弹簧卡钩的半径rb。应力与半径成正比,下面的公式计算弯曲应力：转变弯曲应力检查 d对于拉伸弹簧,最大的应力集中出现在线圈转变为卡钩的那个点。应力的大小取决于转变弯曲半径 rs。通常来讲,应力大小与弯曲半径成反比。参看以下公式：片弹簧基于截面为方形的细长杆承受弯曲负载的弹簧。用于悬臂弹簧固定一端面,或杆

25、固定两端面。片弹簧可以单独使用也可以成组使用叠板弹簧特殊特性单个弹簧 适合中低负载 线性工作特性 相关的低弹簧系数 长度要求显著,否则需要最小空间 低费用 叠板弹簧 适合较高负载 理论上线性工作特性片弹簧之间的摩擦导致工作曲线 hysteretic pattern 相应的高弹簧系数硬度 高空间要求 需要维护润滑和清洁 弹簧设计片弹簧用于许多不同的设计和形状。它们可以按计算目的分为以下三类A. 恒定截面单个弹簧： 通常为矩形,三角形和梯形弹簧 B. 抛物线截面单个弹簧： 通常为矩形,有时弹簧中部厚,尾部为片弹簧。 C. 叠板片弹簧： 多种设计制造。使用恒定和抛物线截面,矩形,三角形或梯形。叠板弹

26、簧的精确计算非常复杂。使用简单条件进行计算,计算处理两种基本的叠板弹簧：D. - 三角形恒定截面弹簧E. - 矩形恒定截面弹簧 弹簧计算的基本关系式A. 恒定截面单个弹簧B. 抛物线截面单个弹簧C. 叠板弹簧含义：b . 弹簧片宽度 mm, inb . 弹簧尾部片宽mm, inE . 拉伸弹性模量MPa, psiF . 弹簧负载N, lbk . 弹簧系数N/mm, lb/inL . 工作弹簧长度mm, inL . 恒定厚度片弹簧长度mm, inn . 弹簧片总数-n . 额外全长度片总数-s . 弹簧变形量mm, int . 弹簧片厚度mm, int . 弹簧尾部片厚度mm, in. 形状系数

27、 -s . l弹簧材料的弯曲应力MPa, psi额外弹片全长度弹簧片,矩形,恒定截面。这些弹片被增加到弹簧里出于两个原因： 增加弹簧的硬度和负载空间 它们通常以卡钩结尾可固定弹簧 扭力杆弹簧弹簧依据圆截面或方形截面的长细杆承载扭转的原理。圆截面杆的末端通常固定于轧辊,有时一端为了方便安装而为方形。扭力杆弹簧必须安全承受弯曲应力。特殊属性 适合较高扭力负载 线性工作特性 高弹簧系数 考虑长度要求,否则定义最小空间需求 低费用 弹簧计算基本关系式圆截面杆方形截面杆含义：b . 杆宽度mm, ind . 杆直径mm, in M . 弹簧负载Nmm, lb inG . 剪切弹性模量MPa, psik

28、. 扭力弹簧率Nmm/, lb in/L . 工作弹簧长度mm, int . 杆厚度mm, ina .n角偏移 b,g . 形状系数-t . 弹簧材料扭转应力 MPa, psi形状系数s这些系数考虑杆截面的应力区分b/t。下表为数值：b/t11.21.523456810b0.14060.1660.1960.2290.2630.2810.2910.2990.3070.3120.333g0.2080.2190.2310.2460.2670.2820.2910.2990.3070.3120.333盘旋弹簧弹簧由带状方形截面的线卷绕成阿基米德涡螺旋线,工作线圈间为恒定间距,承载卷绕方向的扭力。备注：该

29、计算设计用于一端固定的盘旋弹簧特殊属性 适合低负载扭力 线性工作特性 低弹簧系数 低费用 弹簧计算的基本关系式含义：a . 线圈间距mm, inb . 弹簧带宽度mm, inM . 弹簧负载Nmm, lb inE . 拉伸弹性模量MPa, psik . 扭转弹簧率Nmm/, lb in/Kb . 曲线纠正因数-L . 功能弹簧长度mm, inn . 工作线圈数-t . 弹簧带厚度mm, inRe . 外部半径mm, inRi . 内部半径mm, ina .角偏移 d0 . 自由弹簧的角度 s.l弹簧材料的弯曲应力 MPa, psi 曲线纠正因数r纠正系数显示由于曲率而产生的附加应力。数值参见下

30、图：推荐弹簧尺寸比率 Ri/tmin. 3比率 b/t1 - 15工作线圈数 n0min. 2圆柱螺旋扭转弹簧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10mm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。特殊属性 适合中低负载 线性工作特性 相关低弹簧系数 低费用 弹簧设计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

31、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。弹簧计算基本关系式圆线弹簧方线弹簧含义：c . 弹簧指数 -b . 线宽mm, ind . 线径mm, inD . 中心弹簧直径mm, in M . 弹簧负载Nmm, lb inE . 拉伸弹性模量MPa, psik . 扭转弹簧率Nmm/, lb in/Kb . 曲线修正因数-LK . 卷绕部分的长度mm, inn . 工作线圈数-p . 线圈间距mm, int . 线厚度mm, ina .角度偏移 d0 .自由弹簧的角度

32、 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 扭簧的功能变形引脚偏转导致其尺寸变化。负载下沿着卷绕方向的弹簧直径减小。 另外：封闭卷绕弹簧长度增加推荐弹簧尺寸弹簧指数c4 - 16外径 Demax. 350 mm工作弹簧数 nmin. 2比率 b/t1 - 10卷绕部分长度 LKmax. 800 mm长细比 LK/D1 - 10弹簧收尾设计考虑到应力集中的可能性发生,扭簧引脚的形状一定越简单越好。扭簧中使用的基本引脚类型可以参看下图。引脚设计的选择依据所需的弹簧安装方式,其尺寸以及所需的负载点到弹簧轴心的距离,同时,支撑引脚和工作引脚

33、也会有所不同。引脚的基本类型 A. 直线相切引脚 B. 直线轴向引脚 C. 法向外部引脚 D. 法向内部引脚 固定引脚方式 如果引脚全被固定,扭转弹簧线圈产生工作角度。如果一端引脚自由,负载时引脚弯曲。这将使引脚角度偏转量增加。引脚弯曲总量随着引脚长度的增加而增加。引脚固定安装增加了计算的精度,同时提高了弹簧的功能。一端自由的扭簧角度位移计算：- 法向引脚- 切向引脚弹簧引脚应力检查应力集中的弯曲引脚的应力大于弹簧线圈的计算应力。集中应力的值依据于引脚弯曲半径。弯曲半径越小,引脚应力值越高。下面的公式用于近似计算应力：设计流程允许定义弹簧的确定松动程度尺寸,因此,在弹簧设计章节中的输入参数中,

34、确定的数值符合其他实时计算而得的参数。这些数值以绿色在输入框中显示。典型的弹簧计算/设计由以下步骤组成：1. 设置所需计算单位. 1.3 2. 选择相应标准1.1和材料类型1.2. 3. 根据推荐使用领域1.7-1.10选择适合的弹簧材料1.6 . 4. 在章节1.21中定于弹簧工作和生产参数。 5. 设置所需安全等级1.27. 6. 根据所需的弹簧类型选择相关章节。弹簧尺寸的实际设计由章节弹簧设计提供 7. 在前三个输入区域输入所需的工作循环参数工作负载和弹簧冲击 8. 在其他输入区域只是预定的弹簧尺寸,选择性地使用计算中的一个设计优化功能。 9. 根据计算而得的推荐值绿色单元调整弹簧尺寸以

35、便计算的工作负载和弹簧冲击最佳地符合目标数值。 10. 在检查数据章节中检查计算的安全等级检查静态负载下的弹簧强度 11. 在设计数值和工作循环参数章节中检查其他弹簧数值。 12. 章节17用于检查弹簧循环疲劳负载。 13. 另命名工作表保存适合的方案。 本章节的目的是选择适合的弹簧材料。同时定义基本的工作和生产条件。1.1 材料标准从表格中选取国家标准来定义弹簧材料 建议：大部分欧洲国家在弹簧材料领域正在取代或已经取代本国的标准 而使用符合近似EN标准。因此我们推荐使用适合的欧洲标准EN。1.2 材料类别根据弹簧设计从要生产的弹簧中选择适合材料半成品1.3 计算单位在选择表中选取计算单位。一

36、旦更改单位,所有数值将立即重新计算。1.4 图表类型在表格中选择你想要显示的图表类型1.5 弹簧材料本章节用于弹簧材料的选择 在表格1.6中选择弹簧材料,表格中的前五行是供使用者定义材料。适合材料的信息和设置可以在文章 工作表计算修改中找到。其他行包含按实际定义标准1.1 和材料类型 1.2而选择材料行 1.7 - 1.10包含所选材料的推荐使用信息。弹簧材料一定要设计符合弹簧负载方式和工作条件。如果你必须选择不适合的材料,结果将影响到弹簧设计安全等级提高查看章节1.21。所选材料的特性,在行 1.7, 1.9 中以五个等级显示优秀,非常好,好,差,极差,同时相应的强度在行 1.8中以三个等级

37、描述高,中,低备注：选择表右边的检查框若是启动,选选材料的必须参数将自动计算,否则,手动填入材料特性。1.12, 1.14 弹性模量数值定义在基本温度下20C 。1.18 极限抗拉强度输入所选材料的极限抗拉强度。当选择行1.6中的检查框时,所选材料的极限抗拉强度的最小值将被自动设置。警告：一些材料的冷拉制弹簧钢丝的极限抗拉强度依据线径。材料强度随着线径的减小而增大。在材料数值的自动设置中,计算为最大直径的钢丝大约15 mm, 5/8 in使用最小极限抗拉强度。因此你设计的弹簧将很有可能超出尺寸。这就是为什么在最终计算中我们推荐你根据钢丝直径手动设置数值的原因。依据线径的近似极限抗拉强度的数值可

38、以在下面的图表中找到：极限抗拉强度 - ASTM极限抗拉强度 - EN1.21 工作参数,安全本章节是设计设置弹簧工作和生产参数,以及相应的安全系数。 在选择表中设置相应的工作条件。输入适合的安全系数的位置被放在了各表格的右边。该系数表达了所给参数对弹簧负载空间可能性减少的影响。备注：如果输入区域右边的检查框被选,安全系数数值将通过程序计算而得。在自动设计中计算也合并所选材料的系数适配性和作用效果交互作用,以及其他一些弹簧数值。1.22 工作温度工作环境温度影响弹簧的回复,就是是减小弹簧由变形到固定长度所产生的力,推荐在设计弹簧时加入这个计算,同时当温度超过80C 时增加弹簧强度检查的安全等级

39、。必须同时考虑弹簧材料的选择和工作温度。1.23 负载方式考虑强度检查和工作寿命,有以下两类金属弹簧负载：A. 静态负载B. 弹簧负载静态或低变化,也就是负载循环变化,工作寿命低于105工作循环。 C. 疲劳负载D. 弹簧承受振荡动态负载,也就是,负载循环变化,工作寿命大于等于105工作循环。 备注：弹簧承受循环负载必须总是检查潜在的疲劳破坏查看章节17。如果弹簧满足疲劳负载,通常必须在其静态负载下相应的增加标准。1.24 负载的工作模式选择符合你输入数据的最佳负载模式A. 轻度负载B. 无冲击持续负载,符合正弦曲线,低变形或低频率负载,很少或几乎不达到1000次的工作循环。例如,量测用的弹簧,安全和缓冲设备等等。 C. 中度负载D. 低或中变化持续负载,普通频率变形负载。通常用于机械工具,结协产品或电子零件。 E. 重度负载F. 不连续负载弹簧,强冲击,高频率的变形或长时间或不规律时间点的突然变形。例如,用于空气锤,水压机,阀门等等。 1.25 工作环境弹簧受腐蚀影响寿命减小显著。腐蚀尤其对疲劳负载弹簧有很强的作用。推荐设计弹簧时计入腐蚀效果,同时增加弹簧强度检查时的安全等级,以防强腐蚀环境。同时也需要考虑弹簧材料的选择对腐蚀的影响。