Lh为钩环展开长度
Hn = H0 + λn
λn ---工作变形量 工作变形量
有效圈数n 有效圈数n
新疆大学专用
Gd n=-----------------λ 有预应力的拉伸弹簧 n=--------- max 8(Fmax-F0) 压缩弹簧或 Gd n=-----------------λ n=--------- max 无预应力的拉伸弹簧 8FmaxC3
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
二、弹簧的制造 制造过程：卷绕、端面加工(压簧 或拉钩制作（ 压簧)或拉钩制作 制造过程：卷绕、端面加工 压簧 或拉钩制作（拉簧 或扭簧）、热处理和工艺性试验。 ）、热处理和工艺性试验 或扭簧）、热处理和工艺性试验。
潘存云教授研制
新疆大学专用
冷卷：d<10 mm → 低温回火，消除应力 冷卷： 低温回火， 热卷： 热卷：d≥ 10 mm，卷制温度：800~1000℃ ，卷制温度： ℃ → 淬火、回火 淬火、 对于重要压缩弹簧，为了保证承载面与轴线垂直， ▲ 对于重要压缩弹簧，为了保证承载面与轴线垂直， 端部应磨平； 端部应磨平； 拉伸弹簧，为了便于联接与加载，两端制有拉构。 ▲ 拉伸弹簧，为了便于联接与加载，两端制有拉构。 强压处理：将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限， 经强压处理可提高承载能力。 力相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应力。 经强压处理可提高承载能力。 并保持一定时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应 工艺试验包括：耐冲击、疲劳等试验。 工艺试验包括：耐冲击、疲劳等试验。
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、 弹簧的工作条件和重要程度，以及簧丝的尺寸等
表16—1 螺旋弹簧的常用材料和许用应力
材 名 称 料
推荐使用 推荐硬度 特性及用途 牌号 Ⅰ类弹簧 Ⅱ类弹簧 Ⅲ类弹簧 温度℃ 范围 温度℃ [τIII] [τI] [τII]
作者： 潘存Байду номын сангаас教授
表16—2 碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限
钢丝直径 d/ mm 组 别
0.2 0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 8.0
I II、IIa 、 III
2700 2700 2650 2600 2500 2400 2200 2000 1800 1700 1650 1600 1500 1500 1450 --2250 2250 2200 2150 2050 1950潘存云教授研制 1650 1650 1550 1500 1400 1400 1350 1250 1850 1800 1750 1750 1700 2170 1650 1550 1450 1400 1300 1300 1200 1150 1150 1100 1350 1250
压缩弹簧
取标准值
b在1~5.3的范围选取 在 的范围选取
两端并紧，磨平； 两端并紧，磨平； H0≈pn+(1.5~2)d 自由高度或长度H 自由高度或长度H0 两端并紧，不磨平； 两端并紧，不磨平； H0≈pn+(3~3.5)d 工作高度或长度 H1 H1 …….H1 . Hn = H0 +λn
H0 =nd+Hh
新疆大学专用
作者： 潘存云教授
选用原则： 选用原则： 充分考虑载荷条件（载荷的大小及性质、 充分考虑载荷条件（载荷的大小及性质、工作温 度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。 ）、功用及经济性等因素 度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般 应优先采用碳素碳簧钢丝。 应优先采用碳素碳簧钢丝。 2、弹簧的许用应力 、 弹簧按载荷分为三类： 弹簧按载荷分为三类： I类弹簧： 受变载荷作用次数 类弹簧： 受变载荷作用次数>106，或很重要的弹簧。 或很重要的弹簧。 类弹簧 II类弹簧：受变载荷作用次数在103 ~ 105 ，或受冲击 类弹簧：受变载荷作用次数在 类弹簧 或受静载荷的重要弹簧。 载荷的弹 簧，或受静载荷的重要弹簧。 III类弹簧：受变载荷作用次数在<103 ，或受静载荷 类弹簧：受变载荷作用次数在 类弹簧 的弹簧。 的弹簧。
拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型、 拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型、 改进后的结构 转钩、可调转钩。 转钩、可调转钩。
潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制
特点：结构简单、制造容易、但弯曲应力 大。应用于中小载荷与不重要的场合。
特点：弯曲应力小。适用于变载荷 的场，但成本较高。
拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。 拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。
总圈数n 总圈数n1
n1=n
拉伸弹簧n 尾数为1/4 1/4、 拉伸弹簧n1尾数为1/4、 1/2、3/4、整圈， 1/2、3/4、整圈，推 荐用1/2 1/2圈 荐用1/2圈
节距 p 轴向间距δ 轴向间距δ 展开长度L 展开长度L 螺旋角α 螺旋角
p=d
L≈πDn+Lh
Lh为钩环展开长度 对压缩螺旋弹簧， 对压缩螺旋弹簧，推 荐用α=5˚ ~9˚ 荐用 γ为材料的密度，对各种 为材料的密度， 钢， γ=7700kg/m3; 对铍青铜， 对铍青铜，γ=8100kg/m3
弹性和回火稳定性 制造受重载的弹簧。 制造受重载的弹簧。
合金弹 簧钢丝
50CrVA
450
600
750
–40~210 45~50HRC
4Cr13 青铜丝 QSi3-1 QSn4-3
新疆大学专用
450 270 270
600 360 360
750 450 450
耐腐蚀，耐高温， 耐腐蚀，耐高温， –40~300 48~53HRC 适用于做较大的 潘存云教授研制 弹簧 耐腐蚀， –40~120 90~100HBS 耐腐蚀，防磁好
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作者： 潘存云教授
拉伸(压缩 压缩)弹簧的设计计算 §16-3 拉伸 压缩 弹簧的设计计算
λmax t 间距: 节距：t = d +δ 间距: δ≥ 0.8n 节距： H0 --最大变形量 最大变形量。 λmax --最大变形量。F2为最大载荷 一、几何尺寸计算
F2 λmax δ
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许用切应力 / MPa
碳素弹簧 、 钢丝Ⅰ 钢丝Ⅰ, 65、70 0.3σB Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 60Si1Mn 480
0.4σB
0.5σB
–40~120
强度高，性能好， 强度高，性能好， 但尺寸大了不易淬 透，只适用于小弹 簧。
640
800
–40~200 45~50HRC 好，易脱碳，用于 易脱碳，
有高的疲劳极限， 有高的疲劳极限， 弹性、 弹性、淬透性和回 火稳定性好，常用 火稳定性好， 于承受变载的弹簧
n〉2 〉
作者： 潘存云教授
续表16续表16-4 16
参数名称及代号
圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算
单位： 单位：mm 计算公式 拉伸弹簧 备 注
压缩弹簧 冷卷： 冷卷： n1=n+(2~2.5) YII型热卷 型热卷： YII型热卷： n1=n+(1.5~2) p=(0.28~0.5)D δ=pδ=p-d πDn1 L=----L=----cosα cos
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α
D2
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(n1+1)d (n1-0.5)d
作者： 潘存云教授
表16-4 16参数名称及代号 中径D 中径D 内径D 内径D1 外径D 外径D2 旋绕比C 旋绕比C 压缩弹簧厂细比b 压缩弹簧厂细比b
圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算
单位： 单位：mm 计算公式 拉伸弹簧 D=Cd =DD1=D-d D2=D+d C=D/d b=H0/D2 备 注
作者： 潘存云教授
α=arctan(p/πD) π πd2
质量m 质量 s
----L ms=----Lγ 4
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二、 弹簧的特性曲线 特性曲线-- 载荷—变 特性曲线-- 载荷 变形曲线 1、压缩弹簧的特性曲线
F
压缩弹簧的 特性曲线
λ
F1
F2 lim F
潘存云教授研制
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作者： 潘存云教授
第16章 弹 簧 章
§16-1 弹簧概述 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、 §16-2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、 材料及许用应力 §16-3 圆柱螺旋拉压弹簧的设计计算 §16-4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 §16-5 其它弹簧简介
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作者： 潘存云教授
§16-1
弹簧的功用和类型
工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形， 工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形， 在机械设备中被广泛用作弹性元件。 在机械设备中被广泛用作弹性元件。 功用： 功用： 1. 控制机构运动或零件的位置 如凸轮机构、离合器、阀门等； 控制机构运动或零件的位置; 2. 缓冲吸振 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧； 缓冲吸振; 3. 存储能量 如钟表仪器中的弹簧； 存储能量; 4. 测量力的大小 ；如弹簧秤中的弹簧 5. 改变系统的自振频率。 圆柱形 改变系统的自振频率。 按形状分 截锥形 螺旋 拉伸弹簧 弹簧 按受载分 压缩弹簧 分类 扭转弹簧
潘存云教授研制
n为有效圈数
为使工作平稳， 为使工作平稳，n1的尾数 取1/2
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磨平
不磨平
作者： 潘存云教授
2、 a) b) c)
拉伸弹簧 各圈相互并紧δ=0 δ=0； 各圈相互并紧δ=0； 制作完成后具有初拉力； 制作完成后具有初拉力； 端部做有拉钩，以便安装和加载。 端部做有拉钩，以便安装和加载。
α=arctg t 螺旋升角： 螺旋升角： π D2 t≈(0.3~0.5) 0.5)D =5˚~9 通常 t≈(0.3 0.5)D2 , α=5 9˚ π D2 n1 弹簧丝的展开长度: 弹簧丝的展开长度: L= cosα 自由高度: 自由高度: Hs Hs 两端并紧不磨平结构： 两端并紧不磨平结构： H0=nδ+(n1+1)d 对于两端并紧磨平结构 并紧高度： H0=nδ+(n1-0.5)d 并紧高度： Hs =