弹簧（压簧）力度计算与设计

• • 弹簧的种类
  • 什么是弹性系数
  • 弹簧的材料
  • 常用材料与用途
  • 弹性系数与哪些因素有关
  • 弹簧力度设计与计算
  • 弹簧收尾设计

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。一般用弹簧钢制成。利用它的弹性可以控制机件的运动、缓和冲击或震动、储蓄能量、测量力的大小等。广泛用于机器、仪表中。

弹簧的种类

最常用的是三种，压簧，拉簧，扭簧。除此之外还有气门弹簧、悬架弹簧、膜片弹簧、减震弹簧、液压弹簧、油泵弹簧、碟形弹簧、高温弹簧、卡簧、涡卷簧以及异性弹簧等。

什么是弹性系数

弹性系数（k），即倔强系数（劲度系数）。它描述单位形变量时所产生弹力的大小。k值大，说明形变单位长度需要的力大，或者说弹簧“硬”。劲度系数又称刚度系数或者倔强系数。劲度系数在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。

弹簧的材料

根据GB/T 13304《钢分类》标准，按照基本性能及使用特性一，弹簧钢属于机械结构用钢；按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。

在一些特定要求的场合，如在酸碱度较高、潮湿的环境我们还经常用到不锈钢材料来制作弹簧。

常用材料与用途

1.不锈钢线：

SUS202、SUS304、WPB（美标）：耐热耐蚀，回火温度300-480度，热处理后显米灰色/亮白色，单价中等，弹性(剪切)模量~7200

2.碳钢线：
SWC、SWB：冷拉（硬拉）高碳钢钢丝，耐蚀性差，要求精度不高，刚性脆，成型后需要表面处理或进行防锈处理，回火温度200-400度，热处理后显茶色，淡青色，褐色，单价低

3.琴刚线 :
SWPA、SWPB：耐疲劳性能极佳，精度高，型后需要表面处理或进行防锈处理，一般用于开关弹簧，热处理温度200-400度，单价高，弹性(剪切)模量~8200

4. 玻铜线C1720W、磷青铜C5191W：
单价较高，综合性能优

弹性系数与哪些因素有关

1.弹簧的弹性系数与弹簧的外径成反比，也就是弹簧的外径越大，那么他的弹性系数越小。

2.弹簧的弹性系数K值与弹簧的线径的4次方成正比。

3.弹簧的弹性系数K值与弹簧的材料的弹性模量成正比。

4.弹簧的弹性系数K值与弹簧的有效圈数成反比。

因此我们在弹簧设计的过程中，可以根据以上关系来调整弹簧的结构来达到满足需求的弹性系数。

弹簧力度设计与计算

1.弹簧丝直径d：制造弹簧的钢丝直径。

2.弹簧外径D2：弹簧的最大外径。

3.弹簧内径D1：弹簧的最小外径。

4.弹簧中径D：弹簧的平均直径。它们的计算公式为：D=（D2+D1）÷2=D1+d=D2－d

5.应力修正t：除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距，用t表示。

6.有效圈数n：弹簧能保持相同节距的圈数。

7.支撑圈数n2：为了使弹簧在工作时受力均匀，保证轴线垂直端面、制造时，常将弹簧两端并紧。并紧的圈数仅起支撑作用，称为支撑圈。一般有1.5T、2T、2.5T，常用的是2T。

8.总圈数n1:有效圈数与支撑圈的和。即n1=n+n2.

9.自由高H0：弹簧在未受外力作用下的高度。由下式计算：H0=nt+(n2-0.5）d=nt+1.5d(n2=2时）

10.弹簧展开长度L：绕制弹簧时所需钢丝的长度。L≈n1（ЛD2）2+n2（压簧）L=ЛD2n+钩部展开长度（拉簧）

11.螺旋方向：有左右旋之分，常用右旋，图纸没注明的一般用右旋。

12.弹簧旋绕比：中径D与钢丝直径d之比。

F= k * s * g

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