圆柱螺旋压缩、拉伸和扭转弹簧的设计计算

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册中》第1407页（2246字）

设计计算公式见表4．13-4，弹簧的许用应力见表4．13-5、4．13-6，弹簧的有关参数分别见表4．13-7～4．13-12。弹簧的疲劳寿命如图4．13-3、4．13-4所示，图中，v为循环特性系数，σ_b为弹簧材料(簧丝)的强度极限，在图4．13-3中，τ_max／σ_b=0．45的横线是不产生永久变形的极限值，可随弹簧的永久变形的允许程度而上移，最高可到静载荷(Ⅲ类载荷)的许用切应力；10⁴、2×10⁴…线表示循环次数。图4．13-4中2×10⁴、3×10⁴…等各循环次数线的实线部分画至σ_max／σ_b=0．7，该横线是不产生永久变形的极限值，可随弹簧的永久变形的允许程度增大而适当上移。

表4．13-4 圆簧丝(圆形截面材料)圆柱螺旋压缩、拉伸、扭转弹簧设计计算表

注：进行强压处理的弹簧，应算出强压载荷及处理前的弹簧高度^〔14〕，并标注在工作图上。

表4．13-5 冷卷螺旋弹簧的许用切应力〔τ〕和许用弯曲应力〔σ〕(摘自GB／T1239．6-92)

注：① 表中Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ类表示弹簧所受载荷类型。其中，Ⅲ类为静载荷或变载荷作用，次数在10³次以下者；Ⅱ类为变载荷作用次数在10³～10⁶次范围内，或受冲击载荷；Ⅰ类为变载荷作用次数在10⁶次以上者。

② Ⅲ类中，τ_T、σ_T表示试验应力，用以计算弹簧的试验载荷(测定弹簧特性时弹簧允许承受的最大载荷)。

③ σ_P为弹簧材料(弹簧丝)的抗拉强度极限，取其下限值，见表2．3-21、4．13-3、2。3-32。

④ 本表不适于材料直径d＜1．0mm的弹簧。

⑤ 经强压处理的弹簧，许用应力最高可提高25%；经喷丸处理的弹簧，可适当增大其应力幅。

⑥ 对重要的，其损坏对整个机械有重大影响的弹簧，许用应力应适当降低。

表4．13-6 热卷螺旋弹簧的许用切应力〔τ〕和许用弯曲应力〔σ〕(摘自GB／T1239．6-92)

表4．13-7 弹簧材料截面直径d的标准系列(摘自GB／T1358-93) mm

注：设计时优先选用第一系列。

表4．13-8 弹簧中径D和自由高度H₀系列(摘自GB／T1358-93) mm

表4．13-9 弹簧的旋绕比(或弹簧指数)C的推荐值

注：d为弹簧材料直径。

表4．13-10 切变模量G的温度修正系数尺₁

注：① 表内各温度之间的K_t值可用插入法求出。

② 室温下的切变模量G值可查表4．13-2。

③。

表4．13-11 弹簧有效圈数n的标准系列(摘自GB／T1358-93)

注：拉伸弹簧有效圈数除按表中规定外，由于两勾环相对位置不同，其尾数还可为0．25、0．5、0．75。

表4．13-12 导杆或导套与压缩弹簧之间的直径间隙(直径差) mm

图4．13-1 圆柱拉伸螺旋弹簧的初始切应力τ₀值

图4．13-2 不稳定系数C_B值

1-两端固定支承，2-一端固定，一定回转支承，3-两端回转支承

图4．13-3 琴钢丝、阀门用油淬火回火钢丝制拉、压螺旋弹簧的疲劳寿命

图4．13-4 琴钢丝、阀门用油淬火回火钢丝制扭转弹簧的疲劳寿命