1、彈簧設計彈簧設計目錄目錄 一一 彈簧概述彈簧概述 二二 圓柱螺旋彈簧的結構、制造、圓柱螺旋彈簧的結構、制造、 材料及許用應力材料及許用應力五五 其它彈簧簡介其它彈簧簡介三三 圓柱螺旋拉壓彈簧的設計計算圓柱螺旋拉壓彈簧的設計計算 四四 圓柱螺旋扭轉彈簧的設計計算圓柱螺旋扭轉彈簧的設計計算工作特點：工作特點：彈簧在外力作用下能產生較大的彈性變形，彈簧在外力作用下能產生較大的彈性變形， 在機械設備中被廣泛用作彈性元件在機械設備中被廣泛用作彈性元件。功用：功用：1. 控制機構運動或零件的位置控制機構運動或零件的位置; 如凸輪機構、離合器、閥門等；一一 彈簧的功用和類型彈簧的功用和類型 3. 存儲能量存

2、儲能量; 如鐘表儀器中的彈簧；4. 測量力的大小測量力的大小 ；如彈簧秤中的彈簧螺旋螺旋彈簧彈簧 圓柱形圓柱形 截錐形截錐形 按形狀分按形狀分 按受載分按受載分 拉伸彈簧拉伸彈簧 壓縮彈簧壓縮彈簧 扭轉彈簧扭轉彈簧 5. 改變系統的自振頻率。改變系統的自振頻率。分類分類2. 緩沖吸振緩沖吸振; 如車輛彈簧和各種緩沖器中的彈簧；分類分類螺旋彈簧螺旋彈簧 圓柱形圓柱形 截錐形截錐形 按形狀分按形狀分 按受載分按受載分 拉伸彈簧拉伸彈簧 壓縮彈簧壓縮彈簧 扭轉彈簧扭轉彈簧 環形彈簧環形彈簧 平面渦圈彈簧平面渦圈彈簧 儀表中儲能用板彈簧板彈簧 碟形彈簧碟形彈簧 潘存云教授研制潘存云教授研制特種彈簧二二

3、 圓柱螺旋彈簧的結構、制造方法、圓柱螺旋彈簧的結構、制造方法、 材料及許用應力材料及許用應力一、圓柱螺旋彈簧的結構形式一、圓柱螺旋彈簧的結構形式壓縮彈簧在自由狀態下，各圈之間留有一定間距壓縮彈簧在自由狀態下，各圈之間留有一定間距 。支承圈或死圈支承圈或死圈- -兩端有兩端有3/43/45/45/4圈并緊，以使彈簧圈并緊，以使彈簧站立平直，這部分不參與變形。站立平直，這部分不參與變形。不磨平不磨平磨平磨平端部磨平端部磨平-重要彈簧重要彈簧端部不磨平端部不磨平- - 一般用途一般用途磨平長度不小于3/4圈，端部厚度近似為d/4d/4壓縮彈簧的總圈數：壓縮彈簧的總圈數：n1 = n+(1.52.5)

4、為使工作平穩，為使工作平穩，n1的尾數的尾數取取1/21/2變形用n為有效圈數1 1、圓柱螺旋壓縮彈簧、圓柱螺旋壓縮彈簧 2 2、 拉伸彈簧拉伸彈簧a) a) 各圈相互并緊各圈相互并緊=0=0；b) b) 制作完成后具有初拉力；制作完成后具有初拉力；c) c) 端部做有拉鉤，以便安裝和加載。端部做有拉鉤，以便安裝和加載。拉鉤形式：拉鉤形式：半圓鉤環型、圓鉤環型、半圓鉤環型、圓鉤環型、 轉鉤、可調轉鉤。轉鉤、可調轉鉤。改進后的結構改進后的結構拉伸彈簧的結構尺寸計算與壓縮彈簧相同。拉伸彈簧的結構尺寸計算與壓縮彈簧相同。特點：結構簡單、制造容易、但彎曲應力大。應用于中小載荷與不重要的場合。特點：彎曲

5、應力小。適用于變載荷的場，但成本較高。二、彈簧的制造二、彈簧的制造制造過程：制造過程：卷繞、端面加工卷繞、端面加工(壓簧壓簧)或拉鉤制作（拉簧或拉鉤制作（拉簧或扭簧）、熱處理和工藝性試驗。或扭簧）、熱處理和工藝性試驗。冷卷：冷卷：d12 mm，不易淬透，故僅適用于小尺寸的，不易淬透，故僅適用于小尺寸的 彈簧。彈簧。優點：優點：適用于承受變載荷、沖擊載荷或工作溫度較高適用于承受變載荷、沖擊載荷或工作溫度較高 的彈簧。的彈簧。選用原則：選用原則： 充分考慮載荷條件（載荷的大小及性質、工作溫充分考慮載荷條件（載荷的大小及性質、工作溫度和周圍介質的情況）、功用及經濟性等因素。一般度和周圍介質的情況）、

6、功用及經濟性等因素。一般應優先采用碳素碳簧鋼絲。應優先采用碳素碳簧鋼絲。2、彈簧的許用應力、彈簧的許用應力彈簧的許用應力主要取決材料品質、熱處理方法、載荷性質、彈簧的工作條件和重要程度，以及簧絲的尺寸等彈簧按載荷分為三類：彈簧按載荷分為三類：I類彈簧：類彈簧： 受變載荷作用次數受變載荷作用次數106，或很重要的彈簧。或很重要的彈簧。II類彈簧：類彈簧：受變載荷作用次數在受變載荷作用次數在103 105 ，或受沖擊或受沖擊 載荷的彈載荷的彈 簧，或受靜載荷的重要彈簧。簧，或受靜載荷的重要彈簧。III類彈簧：類彈簧：受變載荷作用次數在受變載荷作用次數在103 ，或受靜載荷或受靜載荷 的彈簧。的彈簧

7、。在選取材料和確定許用材料試,如下情況應適當調整A 對重要彈簧,其損壞對整個機器有重大影響時,許用應力應適當降低B 經強壓處理的彈簧,能提高其疲勞極限,對改善載荷下的松弛有明顯效果,可是適當提高許用應力C 經噴丸處理的彈簧,能適當提高疲勞強度或疲勞壽命,其許用應力可提高20%D 工作溫度超過60 c 時應對其切變模量進行修正,其修正公式Gt=Kt*GG 常溫下的切變模量Gt 工作溫度下的切變模量 Kt 溫度修正系數潘存云教授研制表表161 螺旋彈簧的常用材料和許用應力螺旋彈簧的常用材料和許用應力材材 料料名名 稱稱牌號牌號65、70 0.3B 0.4B 0.5B 40120 碳素彈簧碳素彈簧鋼

8、絲鋼絲, , , 60Si1Mn 480 640 800 40200 4550HRC合金彈合金彈簧鋼絲簧鋼絲類類彈簧彈簧I青銅絲青銅絲類類彈簧彈簧II類類彈簧彈簧III推薦使用推薦使用溫度溫度 推薦硬度推薦硬度范圍范圍 特性及用途特性及用途 強度高，性能好，強度高，性能好，但尺寸大了不易淬但尺寸大了不易淬透，只適用于小彈透，只適用于小彈簧。簧。 50CrVA 450 600 750 40210 4550HRC 4Cr13 450 600 750 40300 4853HRC QSi3-1 270 360 450 QSn4-3 270 360 45040120 90100HBS彈性和回火穩定性彈性

9、和回火穩定性好，易脫碳，用于好，易脫碳，用于制造受重載的彈簧。制造受重載的彈簧。有高的疲勞極限，有高的疲勞極限，彈性、淬透性和回彈性、淬透性和回火穩定性好，常用火穩定性好，常用于承受變載的彈簧于承受變載的彈簧耐腐蝕，耐高溫，耐腐蝕，耐高溫，適用于做較大的適用于做較大的彈簧彈簧耐腐蝕，防磁好耐腐蝕，防磁好許用切應力許用切應力 / MPa潘存云教授研制組組 別別III、IIaIII鋼絲直徑鋼絲直徑 d/ mm0.2 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 8.02700 2700 2650 2600 2500 2400 220

10、0 2000 1800 1700 1650 1600 1500 1500 1450 -2250 2250 2200 2150 2050 1950 1850 1800 1650 1650 1550 1500 1400 1400 1350 12501750 1750 1700 2170 1650 1550 1450 1400 1300 1300 1200 1150 1150 1100 1350 1250表表162 碳素彈簧鋼絲的抗拉強度極限碳素彈簧鋼絲的抗拉強度極限彈簧電鍍相關資料彈簧電鍍相關資料彈簧電鍍相關資料彈簧電鍍相關資料節距節距：t = d + +maxmax -最大變形量。最大變形量。F

11、2為最大載荷通常通常 t(0.3t(0.30.5)0.5)D D2 2 , , =5=59 9間距間距: : maxmax0.8n0.8n螺旋升角：螺旋升角：彈簧絲的展開長度彈簧絲的展開長度: :D D2 2 n n1 1coscosL=L=t tD D2 2=arctg=arctg自由高度自由高度: :H0=n+(n1+1)d兩端并緊不磨平結構：兩端并緊不磨平結構：HsHsD2H0=n+(n1-0.5)d對于兩端并緊磨平結構對于兩端并緊磨平結構并緊高度：并緊高度： Hs =(n1+1)d(n1-0.5)d三三 拉伸拉伸(壓縮壓縮)彈簧的設計計算彈簧的設計計算 一、幾何尺寸計算一、幾何尺寸計算

12、 maxmaxF2H0t t圓柱螺旋彈簧幾何尺寸計算圓柱螺旋彈簧幾何尺寸計算 計算公式計算公式 壓縮彈簧壓縮彈簧 拉伸彈簧拉伸彈簧 參數名稱及代號參數名稱及代號中徑中徑D D=Cd D D=Cd 取標準值取標準值 壓縮彈簧廠細比壓縮彈簧廠細比b b b=H0/D2 b在在15.3的范圍選取的范圍選取自由高度或長度自由高度或長度H H0 0有效圈數有效圈數n n備備 注注L Lh h為鉤環展開長度為鉤環展開長度兩端并緊，磨平；兩端并緊，磨平；H0pn+(1.52)d兩端并緊，不磨平；兩端并緊，不磨平；H0pn+(33.5)dGdGd8(F8(Fmaxmax-F-F0 0) )n=-n=-max

13、單位：單位：mmmm內徑內徑D D1 1 D D1 1=D-d =D-d 旋繞比旋繞比C C=D/d C C=D/d 外徑外徑D D2 2 D D2 2=D+d =D+d H0 =nd+HhHn = H0 +n Hn = H0 + n n -工作變形量工作變形量 n2有預應力的拉伸彈簧有預應力的拉伸彈簧壓縮彈簧或壓縮彈簧或無預應力的拉伸彈簧無預應力的拉伸彈簧工作高度或長度工作高度或長度H H1 1 H H1 .1 .H H1 1GdGd8F8FmaxmaxC C3 3n=-n=-max 續表續表 圓柱螺旋彈簧幾何尺寸計算圓柱螺旋彈簧幾何尺寸計算 計算公式計算公式 壓縮彈簧壓縮彈簧 拉伸彈簧拉伸

14、彈簧 參數名稱及代號參數名稱及代號總圈數總圈數n n1 1節距節距 p p=(0.280.5)D p=d 軸向間距軸向間距 =p-d =p-d展開長度展開長度L L螺旋角螺旋角 質量質量ms備備 注注拉伸彈簧拉伸彈簧n n1 1尾數為尾數為1/41/4、1/21/2、3/43/4、整圈，推、整圈，推薦用薦用1/21/2圈圈L Lh h為鉤環展開長度為鉤環展開長度對壓縮螺旋彈簧，推對壓縮螺旋彈簧，推薦用薦用=5 9 為材料的密度，對各種為材料的密度，對各種鋼，鋼， =7700kg/m=7700kg/m3 3; ; 對鈹青銅，對鈹青銅，=8100kg/m3 n n1 1=n=n冷卷：冷卷： n1=

15、n+(22.5)YIIYII型熱卷：型熱卷： n1=n+(1.52)DnDn1 1coscosL=-L=-=arctan(p/D) LDn+LLDn+Lh h dd2 24 4m ms s=-L=-L 單位：單位：mmmm潘存云教授研制二、二、 彈簧的特性曲線彈簧的特性曲線特性曲線特性曲線- - 載荷載荷變形曲線變形曲線壓縮彈簧的壓縮彈簧的特性曲線特性曲線F1 1、壓縮彈簧的特性曲線、壓縮彈簧的特性曲線F1F2Flim潘存云教授研制arctgarctgk k最小工作載荷最小工作載荷: :F Fminmin=（0.10.5）Fmax最大工作載荷最大工作載荷- - F Fmaxmax在在F Fma

16、xmax的作用下，的作用下，maxmax 彈簧在安裝位置所受壓力，它能使彈簧可靠地穩定在安裝位置上。極限載荷極限載荷- F FlimlimlimEmaxmaxminmin0 0壓縮彈簧的壓縮彈簧的特性曲線特性曲線F最小變形最小變形- minmin對應的變形對應的變形-maxmax極限變形極限變形- limlimFFF0 0時彈時彈簧才開始變形。簧才開始變形。FminFminFmaxFmaxFlimFlimD2/2A-ABBM=Tsin F故截面故截面B-B上的載荷可近似取為上的載荷可近似取為： FFF”彈簧受軸向載荷彈簧受軸向載荷F時，作用時，作用在軸向截面在軸向截面A-A上的力有：上的力有：

17、扭矩：扭矩： T=FD2/2軸向力：軸向力： F 在法面在法面B-B上的力有上的力有：橫向力橫向力: F”軸向力軸向力: F彎矩彎矩： M=Tsin扭矩：扭矩： =5 9 sin 0, cos 1扭矩：扭矩： T=FD2/2FT d B-BAA=Fcos=FsinTT=Tcos橫向力：橫向力：F三、彈簧受載時的應力與變形三、彈簧受載時的應力與變形1、簧絲受力分析、簧絲受力分析TFT=Tcos 潘存云教授研制FT22FDTF扭矩：剪切力：截面受力：截面受力：剪切應力：剪切應力：T T 2、彈簧的應力、彈簧的應力扭切應力：扭切應力：232218DddFD24dFF23248dFdFDFTTTWT1

18、6232dDFD2 /2彈彈簧簧軸軸線線 d TF FD2 /2彈彈簧簧軸軸線線 d F328dFD合成應力：合成應力：D2 /2彈彈簧簧軸軸線線 d F F F F FT TdDC2令CdFC5 .0182潘存云教授研制C-旋繞比，或彈簧指數。旋繞比，或彈簧指數。dF F F F dKKT T未考慮簧絲曲率的應力 由于由于0.5/C遠小于遠小于1，故由，故由F引起的剪切應力可忽略。引起的剪切應力可忽略。 若考慮螺旋升角和簧絲曲率若考慮螺旋升角和簧絲曲率對應力集中的影響，實際應力對應力集中的影響，實際應力分布與理論分析有差別。分布與理論分析有差別。2285 .018dFCCdFC28dFCD(

19、min) 0.20.4 0.451 1.12.2 2.56 716 1842 C=D2/d 714 512 510 49 48 46常用旋繞比常用旋繞比C 實踐證明：彈簧內側實踐證明：彈簧內側m點最容點最容易產生破壞。易產生破壞。mm1.61.51.41.31.21.11.0C=D2 /2曲度系數曲度系數K3 4 5 6 7 82010121416918-彈簧的曲度系數彈簧的曲度系數 強度條件：強度條件：82dFCKCCCK615.04414:其中設計公式：設計公式：6.1KFCd 其值可直接查表下表可得引入系數引入系數K來補償螺旋升角和簧絲曲率的影響，得：來補償螺旋升角和簧絲曲率的影響，得：

20、潘存云教授研制3、彈簧的變形、彈簧的變形dttdsdGFDd0042284328GdnFDFk在軸向載荷的作用下，彈簧產生軸向變形，取微段分析D2/2微段軸向變形量微段軸向變形量d：C kC值過小值過小 制造困難，內側應力制造困難，內側應力；常用值：常用值：C=58 C值過大值過大 彈簧容易顫動。彈簧容易顫動。dD2F4228dGdsFDGdnFC38nDGd3248nCGd38n為有效圈數G-材料的切變模量：根據材料力學有關圓柱螺旋彈簧變形的計算公式dsOTTOF鋼鋼：G=8104 Mpa, 青銅：青銅：G=4104 Mpa dDd22彈簧的最大變形量彈簧的最大變形量：1）對于壓縮彈簧和無預

21、應力拉伸彈簧：）對于壓縮彈簧和無預應力拉伸彈簧：GdnCF3maxmax82）對于有預應力的拉伸彈簧：）對于有預應力的拉伸彈簧： GdnCFF30maxmax)(8 拉伸彈簧的初拉力取決于拉伸彈簧的初拉力取決于材料、簧絲直徑、旋繞比和材料、簧絲直徑、旋繞比和加工方法。可按右圖選取。加工方法。可按右圖選取。C=DC=D2 2/d /d 3 4 5 6 7 8 9 10 11 123 4 5 6 7 8 9 10 11 1222022020020018018016016014014012012010010080806060404020200 00初拉應力初拉應力 20308KDdF初拉力的計算：初

22、拉力的計算： 四、彈簧設計計算步驟四、彈簧設計計算步驟設計要求設計要求：有足夠的強度有足夠的強度符合符合載荷載荷-變形變形曲線的要求曲線的要求（剛度要求）（剛度要求）不發生側彎不發生側彎( (失穩失穩) )已知條件：已知條件：最大工作載荷最大工作載荷Fmax和相應的變形和相應的變形maxmax，其其 它要求（如工作溫度、安裝空間的限制等）它要求（如工作溫度、安裝空間的限制等）計算步驟：計算步驟：1)1)選擇彈簧材料及結構形式；選擇彈簧材料及結構形式；3)3)根據安裝空間初設彈簧中徑根據安裝空間初設彈簧中徑D，由，由C值估取彈簧絲值估取彈簧絲 直徑直徑d，并查取彈簧絲的許用應力；，并查取彈簧絲的

23、許用應力；4)4)試算簧絲直徑：試算簧絲直徑：2) 選擇旋繞比選擇旋繞比C，通常可取，通常可取C 5 8，并算出補償系，并算出補償系 數數K值；值； KCFdmax6.15)5) 根據變形條件求出彈簧工作圈數：根據變形條件求出彈簧工作圈數：對于有預應力的拉伸彈簧：對于有預應力的拉伸彈簧：對于壓縮彈簧或無預應力的拉伸彈簧：對于壓縮彈簧或無預應力的拉伸彈簧： max30max)(8CFFGdnmax3max8CFGdn 6) 檢查檢查D2、D1、H0是否符合安裝要求等是否符合安裝要求等; 7)7) 驗算：驗算： 疲勞強度、強度驗算疲勞強度、強度驗算 振動驗算振動驗算 穩定性驗算穩定性驗算 強度校核

24、：強度校核：循環次數循環次數 N103 疲勞強度和靜應力強度校核疲勞強度和靜應力強度校核; ; 循環次數循環次數 N103 靜強度校核靜強度校核; ; F FlimlimF FO2 21 1OtD2FGdnCF31min8a)a)疲勞強度校核疲勞強度校核 GdnCF32max8FcaSSmaxmin075.0F F1 1-安裝載荷；安裝載荷；1 1預壓變形量；預壓變形量；F F2 2最大載荷；最大載荷；2 2最大變形量；最大變形量；強度條件：強度條件：F F1 1F F2 2minminmaxmax當彈簧的設計計算及材力學性能數據精確性高時，取：當彈簧的設計計算及材力學性能數據精確性高時，取：

25、 SF=1.31.7； 當精確性低時，取：當精確性低時，取： SF=1.82.2。0的含義按下頁表選取FFSSScaSSmaxb)b)靜強度校核靜強度校核 強度條件：強度條件：變載荷作用次數變載荷作用次數N 104 105 106 107 0 0.45B 0.35B 0.33B 0.30B 彈簧材料的脈動循環極限彈簧材料的脈動循環極限0 當彈簧的設計計算及材力學性能數據精確性高時，取：當彈簧的設計計算及材力學性能數據精確性高時，取： S SS S =1.3=1.31.71.7； 當精確性低時，取：當精確性低時，取： S SS S =1.8=1.82.22.2。振動驗算振動驗算 對于承受變載荷的

26、彈簧，當加載頻率很高時，對于承受變載荷的彈簧，當加載頻率很高時， 容容易引起彈簧的諧振而導致彈簧破壞。因此要進行振動易引起彈簧的諧振而導致彈簧破壞。因此要進行振動驗算，以保證工作頻率遠低于基本自振頻率。驗算，以保證工作頻率遠低于基本自振頻率。cos9.812GnDdfb)()2015(為工作頻率WWbfff2015bWff即：SFbmkf21圓柱螺旋彈簧的基本自振頻率為：圓柱螺旋彈簧的基本自振頻率為：將將kF和和mS代入后，可得：代入后，可得：nDGdkF348其中彈簧剛度：其中彈簧剛度：LdmS42彈簧質量系數：彈簧質量系數： 為避免彈簧發生嚴重振動，要求：為避免彈簧發生嚴重振動，要求： 當

27、不能滿足以上要求時，應重新設計，增大當不能滿足以上要求時，應重新設計，增大kF或減小或減小mS。潘存云教授研制失穩失穩當當b大于許用值時，彈簧工作時會彎曲而失穩。大于許用值時，彈簧工作時會彎曲而失穩。高徑比：高徑比： b= H0 / D D2 2 5.3 兩端固定的彈簧兩端固定的彈簧 3.7 一端固定，一端自由轉動一端固定，一端自由轉動 FFmaxmax 其中：其中：F Fc c -穩定時的臨界載荷；穩定時的臨界載荷； C Cu u不穩定系數；不穩定系數； Cu2 4 6 8 100.80.60.40.20b=H0/D2兩端固定兩端固定兩端回轉兩端回轉一端固定一端固定一端回轉一端回轉加裝導向桿

28、加裝導向桿加裝導向套加裝導向套失穩失穩注意：注意：導桿、導套導桿、導套與彈簧之與彈簧之間的間隙不能太大，間的間隙不能太大，工作時需加潤滑油。工作時需加潤滑油。內部加裝導向桿；內部加裝導向桿；或外部加導向套或外部加導向套。 若若F Fc c F 1018 1030 3050 5080 80120 120150間隙間隙C 0.6 1 2 3 4 5 6 7導桿、導套與彈簧間的直徑間隙導桿、導套與彈簧間的直徑間隙潘存云教授研制一、圓柱螺旋扭轉彈簧的結構一、圓柱螺旋扭轉彈簧的結構結構結構: 特點：特點：外形和拉壓彈簧相似，但承受力矩載荷外形和拉壓彈簧相似，但承受力矩載荷。四四 圓柱螺旋扭轉彈簧的設計計

29、算圓柱螺旋扭轉彈簧的設計計算 扭轉彈簧的軸向長度：扭轉彈簧的軸向長度：H0=n(d+0)+2Hh n-有效圈數；有效圈數；0 0NINI型型NIVNIV型型NIIINIII型型NIINII型型H0TTHh0 -軸向間距，一般取軸向間距，一般取0 =0.10.5 mm； d dd-簧絲直徑簧絲直徑; 2Hh -掛鉤長度掛鉤長度; 二、扭轉彈簧的特性曲線二、扭轉彈簧的特性曲線TT 在材料的彈性極限內，扭轉在材料的彈性極限內，扭轉彈簧的載荷彈簧的載荷(扭矩扭矩)與變形與變形(轉角轉角) -特性曲線也是呈線性變化。特性曲線也是呈線性變化。TTlim 、lim -極限工作扭轉及極限轉角極限工作扭轉及極限

30、轉角; Tmax 、max -最大工作扭轉及轉角最大工作扭轉及轉角; Tmin 、min -最小工作扭轉及轉角最小工作扭轉及轉角; 一般取一般取：Tmin =(0.10.5) Tmax 。應用實例：應用實例：用于壓緊和儲能，如門的自動復位、電機用于壓緊和儲能，如門的自動復位、電機中保持電刷的接觸壓力等。中保持電刷的接觸壓力等。TT limT limT maxmaxT minmin潘存云教授研制3231dMKWMK13324414dMCCEIMl強度條件強度條件：扭轉變形：扭轉變形：W-截面系數截面系數 1.25E-材料彈性模量，材料彈性模量，I-簧絲截面慣性矩，簧絲截面慣性矩，n-彈簧有效圈數

31、，彈簧有效圈數， D2-彈簧中徑彈簧中徑 。radEInTDEInMD22180三、圓柱螺旋扭轉彈簧的計算三、圓柱螺旋扭轉彈簧的計算在扭矩在扭矩T作用下，簧絲任意截面作用下，簧絲任意截面B-B內的載荷為內的載荷為：彎矩：彎矩：M=Tcos 因為因為很小，則可認為扭簧只承受彎矩：很小，則可認為扭簧只承受彎矩：M T扭矩：扭矩：T=Tsin MMTTTBBMTD2剛度剛度：nDEITk2180對于長臂扭轉彈簧，還要考慮扭臂的變形，此時)(313670214llDdET)(313670214llnDdEk1）對于精度高的扭轉彈簧，圈與圈之間應對于精度高的扭轉彈簧，圈與圈之間應留有間隙留有間隙，以免載

32、荷作用下，因摩擦而影響其特性曲線以免載荷作用下，因摩擦而影響其特性曲線。2）扭轉彈簧的扭轉彈簧的旋向應與外加力矩一致旋向應與外加力矩一致。彈簧內側的彈簧內側的最大工作應力（壓）與卷繞產生的殘余應力（拉）反最大工作應力（壓）與卷繞產生的殘余應力（拉）反向（抵消），從而提高承載能力。向（抵消），從而提高承載能力。3）心軸和彈簧內徑之間必須留有間隙。避免因心軸和彈簧內徑之間必須留有間隙。避免因D2減減小而抱軸。小而抱軸。設計要點：設計要點：已知條件：已知條件：最大工作載荷最大工作載荷Fmax和相應的變形和相應的變形maxmax，其其 它要求（如工作溫度、安裝空間的限制等）它要求（如工作溫度、安裝空間

33、的限制等）設計確定：設計確定：彈簧絲直徑、彈簧中徑、工作圈數、彈簧彈簧絲直徑、彈簧中徑、工作圈數、彈簧 的螺旋升角和長度等。的螺旋升角和長度等。四、圓柱螺旋扭轉彈簧的設計步驟四、圓柱螺旋扭轉彈簧的設計步驟計算步驟：計算步驟：1)1)選擇彈簧材料及許用應力，以及扭簧的結構形式；選擇彈簧材料及許用應力，以及扭簧的結構形式；3)3)根據安裝空間初設彈簧中徑根據安裝空間初設彈簧中徑D，由，由C值估取彈簧絲值估取彈簧絲 直徑直徑d，并查取彈簧絲的許用應力；，并查取彈簧絲的許用應力；4)4)試算簧絲直徑試算簧絲直徑dd：2) 選擇旋繞比選擇旋繞比C，通常可取，通常可取C 5 8，并算出補償系，并算出補償系

34、 數數K1值；值； KCFdmax6.1) 44/() 14(1CCK檢查尺寸是否合適。檢查尺寸是否合適。5)5) 根據變形條件求出彈簧工作圈數根據變形條件求出彈簧工作圈數：TDEIn1806）計算彈簧絲長度：計算彈簧絲長度：hLDnL環環形形彈彈簧簧潘存云教授研制板簧板簧潘存云教授研制五五 其他彈簧簡介其他彈簧簡介 渦卷彈簧渦卷彈簧碟碟形形彈彈簧簧潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制1234OFy /t一、碟形彈簧一、碟形彈簧結構特點：結構特點：用鋼板沖制而成，外形象碟子。用鋼板沖制而成，外形象碟子。往往將多個組合使用載荷、變形：載荷、變形：軸向力沿周邊均勻分布、軸向力沿周邊均勻分布、

35、h變小而產生軸向變形變小而產生軸向變形。特性曲線：特性曲線：呈非線性，變形取決于比值呈非線性，變形取決于比值h/t變化。變化。重要特性：重要特性：當當h/t1.5時，中間一段接近于水平。時，中間一段接近于水平。利用這一特性可在一定變形范圍內保持載荷的恒定。例如在精密儀器中，可利用碟形彈簧使軸承端面的摩擦力不受溫度變化的影響；在密封墊圈中利用這一特性使密封性能不受溫度的影響。F簧片變平點簧片變平點D1thDht=1.5ht=2.75ht=0.5潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F加載加載卸載卸載碟形彈簧組合形式碟形彈簧組合形式對合式組合彈簧對合式組合彈簧- 變形量增加，承載

36、力不變。變形量增加，承載力不變。由于簧片之間存在摩擦損失，導致加載和卸載特性曲線不一樣。 吸振能力吸振能力復合式彈簧：復合式彈簧：疊合式組合彈簧疊合式組合彈簧-摩擦阻尼大，特別適用于緩沖和吸振摩擦阻尼大，特別適用于緩沖和吸振在變形量不變時，承載力大大增加在變形量不變時，承載力大大增加 。摩擦消耗的能量摩擦消耗的能量-陰影面積陰影面積可同時增加變形量和可同時增加變形量和承載能力承載能力優點：優點：變形量小、承載能力大、在受載方向空間尺寸小。變形量小、承載能力大、在受載方向空間尺寸小。用途：用途： 常用作重型機械、飛機等的強力緩沖彈簧，以及在常用作重型機械、飛機等的強力緩沖彈簧，以及在離合器、減壓閥、密封