设计圆柱螺旋弹簧需进行的计算项目

一.几何参数计算

→圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：外径D、中径D2、内径D1、节距p、螺旋升角α、弹簧丝直径d。

→弹簧的旋向可以是右旋或左旋，但无特殊要求时，一般都用右旋。

圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸计算公式：

→弹簧中径D2：D2=Cd按螺旋弹簧尺寸系列表取标准值。

→弹簧内径D1：D1=D2-d。

→弹簧外径D：D=D2+d。

→弹簧旋绕比C：C=D2/d。

→压缩弹簧长细比b：b=H0/D2；b在1～5.3的范围内选取。

→弹簧自由高度/长度H0：H0≈pn+(1.5～2)d（两端并紧，磨平）；H0≈pn+(3～3.5)d（两端并紧，不磨平）；

H0=nd+钩环轴向长度。

→弹簧工作高度或长度H1,H2,…,Hn：压缩弹簧Hn=H0-λn，拉伸弹簧Hn=H0+λn；λn为工作变形量。

→弹簧有效圈数n：n≥2。

→弹簧总圈数n1：压缩弹簧n1=n+(2～2.5)（冷卷），n1=n+(1.5～2)（YII型热卷），；拉伸弹簧n1=n/拉伸弹簧n1尾数为1/4,1/2,3/4整圈，荐用1/2圈。

→弹簧节距p：压缩弹簧.28～0.5)D2，拉伸弹簧p=d。

→弹簧轴向间距δ：压缩弹簧δ=p-d。

→弹簧展开长度L：压缩弹簧L=πD2n1/cosα；拉伸弹簧L≈πD2n+钩环展开长度。

→弹簧螺旋角α：α=arctg(p/πD2)，对压缩螺旋弹簧，推荐 α=5°～9°。

二. 弹簧特性曲线：

→载荷与变形的关系曲线称为弹簧的特性曲线，弹簧压缩特性曲线、弹簧拉伸特性曲线。

→弹簧应具有经久不变的弹性，且不允许产生永久变形。其工作应力在弹性极限范围内。在弹性极限，承受轴向载荷P时，弹簧产生相应的弹性变形。

→螺旋弹簧受压力载荷或受拉力载荷时，弹簧受力情况完全一样。

→使弹簧产生单位变形所需的载荷，称为弹簧刚度。

→弹簧刚度是表征弹簧性能的主要参数之一。它表示使弹簧产生单位变形时所需的力，刚度愈大，需要的力愈大，则弹簧的弹力就愈大。影响弹簧刚度的因素很多。

→弹簧的静载荷是指载荷不随时间变化，或虽有变化但变化平稳，且总的重复次数不超过10³次方的交变载荷或脉动载荷而言。

→在设计弹簧时，需根据弹簧所承受的最大载荷、最大变形、以及结构安装型式、安装空间等因素，决定弹簧钢丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。

　1.根据工作情况及具体条件选定材料，查取机械性能数据。

　2.选择旋绕比C，通常可取C≈5～8(极限状态时不小于4或超过16)，计算补偿系数 K。

　3.根据安装尺寸初设弹簧中径D2，根据C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧钢丝工作应力。

　4.试算弹簧丝直径d  　　　　　　　　　　

　5.根据变形条件计算弹簧工作圈数。

　6.计算弹簧的尺寸D、D1、H0。

　7.验算弹簧稳定性。对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性/压缩失稳。为避免失稳现象，建议一般压缩弹簧的长细比b=H0/D2按下列情况选取：

　→当两端固定时，取b＜5.3；

　→当一端固定，另一端自由转动时，取b＜3.7；

　→当两端自由转动时，取b＜2.6。

→增加导向杆和导向套。

　8.弹簧结构设计，对拉伸弹簧确定其钩环类型。

　9.绘制弹簧工作图。

 三.承受交变载荷的螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计要求

　→对于承受交变载荷的弹簧，交变载荷次数N≥10³，还要进行疲劳强度验算及振动验算。

→振动验算：承受交变载荷的螺旋弹簧常是在加载频率很高的情况下工作(如内燃机汽缸阀门弹簧)。 

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