圆柱扭转螺旋弹簧
圆柱扭转弹簧所承受的应力
圆柱扭转弹簧所承受的应力一、圆柱扭转弹簧的基本原理圆柱扭转弹簧，也称为螺旋弹簧，是机械工程中常用的一种弹性元件。
它通过弹簧的几何形状和材料的弹性特性，实现在一定范围内吸收或释放能量，以抵抗外部扭矩的作用。
圆柱扭转弹簧在受到扭转力矩的作用时，弹簧的横截面将产生相互的角位移，这一过程称为扭转。
二、应力类型及计算方法圆柱扭转弹簧在受到外力作用时，会产生拉伸或压缩应力。
当弹簧受到拉伸时，其内部的拉应力会增加；而在压缩时，压应力会增加。
这些应力可以通过以下公式进行计算：拉伸应力（σt）：σt = F/A压缩应力（σc）：σc = F/A其中，F代表弹簧所承受的力，A代表弹簧的横截面积。
在分析圆柱扭转弹簧的应力时，除了拉伸和压缩应力外，还需考虑剪切应力。
剪切应力是由于相邻部分材料的相互错动而产生的。
剪切应力的计算公式如下：剪切应力（τ）：τ = Q/A其中，Q代表剪切力，A代表剪切面的面积。
三、影响圆柱扭转弹簧应力的因素1.材料特性：弹簧材料的弹性模量、泊松比和屈服强度等都会影响其应力状态。
弹性模量决定了材料抵抗变形的能力，泊松比决定了材料在受到压力作用时的横向收缩性，而屈服强度则决定了材料开始发生塑性变形的应力水平。
2.几何形状：圆柱扭转弹簧的几何形状，如弹簧的外径、内径、圈数、节距等，都会影响其在承受扭矩时的应力分布。
较小的外径和较大的圈数可以使弹簧具有更大的刚度，但也会增加材料的用量和重量。
3.工作环境：温度、腐蚀介质和疲劳载荷等环境因素也会对圆柱扭转弹簧的应力产生影响。
高温环境下弹簧材料的弹性模量可能会降低，腐蚀介质可能会加速材料的腐蚀疲劳，而疲劳载荷则可能会引起材料微观结构的损伤累积。
四、实验研究与有限元分析为了更准确地评估圆柱扭转弹簧所承受的应力，除了理论计算外，还需要进行实验研究和有限元分析。
实验研究可以通过对实际工作条件下的弹簧进行加载和测量，直接获取其应力分布和变形情况。
有限元分析则可以通过建立弹簧的数值模型，模拟不同工况下的应力分布和变形行为，为优化设计提供依据。
圆柱螺旋弹簧一般计算公式
1. 弹簧刚度：
2. 力值： 其中：G 为材料剪切模量，一般不锈钢取71500Mpa,碳钢取
78500Mpa ；
d 为材料直径；
D 为弹簧中径；
n 为弹簧有效圈数；
f 为变形量（拉压行程）。
3. 应力： K 为曲度系数，公式为： 其中C 为弹簧旋绕比，是弹簧中径与线径的比值，即
4. 下表是GB/T23935-2009（圆柱螺旋弹簧设计计算）中压缩弹簧及拉伸弹簧的试验切应力及许用应力表
表2-1
n D d G 34
,
8P =f 8f 34,
⋅==n D Gd P P K PC K ⋅=⋅=2
3d 8d 8PD ππτC
C C K 615.04414+--=d D
C =
比压簧多了初拉力，加上初拉力就行。
初拉力： 其中初拉力τ0按初切应力图选取，见下图。
三．扭簧：
1.计算刚度 Dn
Ed M 3670'4= Nmm/° 2.扭矩 ϕ⋅=Dn
Ed M 36704
Nmm 式中:d---材料直径；
E---材料的弹性模量，一般不锈钢丝取188000Mpa ，碳素钢丝
取206000Mpa ；
D---弹簧外径；
ϕ---弹簧的扭转行程（角度）；
4. 应力： K1为曲度系数，顺旋向扭转取1，逆旋向扭转时按下式：
308τπ⋅=D d P 132
.10K d
M ⋅=σ
下表是GB/T23935-2009（圆柱螺旋弹簧设计计算）中扭转弹簧的试验切应力及许用应力表
C
C C C K 4414221---=。
圆柱螺旋压缩弹簧计算公式
圆柱螺旋压缩弹簧计算公式
弹簧常量（Spring Constant）是指单位压缩或拉伸长度下所储存的能量。
它是衡量弹簧刚性和柔性的重要指标。
圆柱螺旋压缩弹簧的弹簧常量可以通过以下公式计算：
k=(Gd^4)/(8D^3n)
其中，k为弹簧常量，G为弹簧材料的剪切模量，d为弹簧线圈的直径，D为弹簧线圈的平均直径，n为弹簧线圈的总数。
F = kx
其中，F为受到的力，k为弹簧常量，x为弹簧的位移。
Fmax = kxmax
其中，Fmax为最大力，k为弹簧常量，xmax为允许的最大位移。
Lmax = Ln - (D/2 + d/2 + c)
其中，Lmax为最大压缩长度，Ln为弹簧线圈的总长度，D为弹簧线圈的平均直径，d为弹簧线圈的直径，c为线圈间的缝隙。
x_max = (Ln - L0) / n
其中，x_max为最大位移，Ln为弹簧线圈的总长度，L0为弹簧的初始长度，n为弹簧线圈的总数。
S=F/x
其中，S为刚度，F为受到的力，x为位移。
E = (1/2)kx^2
其中，E为弹性能量，k为弹簧常量，x为位移。
以上就是关于圆柱螺旋压缩弹簧的计算公式。
通过这些公式，我们可以准确地计算弹簧的性能参数，为机械设计提供依据，并确保弹簧在实际使用中能够正常工作。
当然，在实际设计中，还需要考虑许多其他因素，如疲劳寿命、可靠性和安全系数等，并结合实际应用需求进行综合设计。
圆柱螺旋弹簧设计计算标准
圆柱螺旋弹簧设计计算标准
圆柱螺旋弹簧的设计及计算是现代机械设计制造行业中很重要的
一个环节，而圆柱螺旋弹簧是在工业机械领域中最常用的一种精密弹
簧设备。
因此，为了保证圆柱形螺旋弹簧的质量，了解其设计和计算
标准，对实现可靠性和可持续性是非常重要的。
首先，圆柱形螺旋弹簧的设计标准主要包括它的端面形状、平面
尺寸、齿筒外径、材料条件和载荷等。
一般情况下，弹簧的端面形状
可以是多支或一支，而其平面尺寸可以根据实际应用的不同而有所不同。
齿筒外径则要根据弹簧飞线的大小以及端面形状和平面尺寸等来
确定，材料条件则要根据实际安装位置和使用状况来考虑，而载荷数
值也是要根据实际使用状况和圆柱形螺旋弹簧的计算分析结果来确定的。
其次，圆柱形螺旋弹簧的计算标准主要根据它的工作状态来确定，这些状态可以分为压缩，拉伸和扭矩等几种。
压缩状态下，主要需要
计算圆柱形螺旋弹簧端面之间的扭转比和本行转角；拉伸状态下，则
要计算其弹簧金曲线；而扭矩状态下，要算出简单或复杂混合扭矩系
数。
除此之外，还要根据实际状态去计算铰接数据，这些数据包括铰
接段长度和铰接面与安装平面的联系系数等。
总的来说，圆柱形螺旋弹簧的设计和计算标准非常复杂，需要经
过综合分析和计算，以确保设计的正确性。
它的设计标准主要是端面
形状、平面尺寸和载荷等，而它的计算标准则主要根据它的工作状态、金曲线和铰接数据等来确定。
此外，还要考虑材料条件和试验要求等，才能实现有效的圆柱形螺旋弹簧设计。
螺旋弹簧_精品文档
螺旋弹簧摘要：螺旋弹簧是一种常见的机械弹性元件，广泛应用于工业和家居设备中。
本文将介绍螺旋弹簧的定义、分类、工作原理、制造及常见应用领域等方面的内容。
第一部分：引言螺旋弹簧是一种能储存和释放弹性能量的装置，由钢丝或金属带制成的圆柱形弹性元素。
它们经常用于抵抗或控制机械系统的压缩或拉伸力。
第二部分：螺旋弹簧的分类螺旋弹簧可以根据其设计、形状和材料来进行分类。
根据设计，常见的螺旋弹簧类型包括压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧。
根据形状，螺旋弹簧可以分为圆柱形、锥形和凸轮形等。
根据材料，螺旋弹簧可以分为钢制、不锈钢、合金钢和高温合金等。
第三部分：螺旋弹簧的工作原理螺旋弹簧的工作原理基于胡克定律，即它们的变形与所受力的大小成正比。
当外力作用于螺旋弹簧上时，弹簧开始变形，将外力储存为弹性能量。
一旦外力消失，螺旋弹簧就会恢复到原来的形状，并释放储存的弹性能量。
这种能量的储存和释放使得螺旋弹簧在各种机械系统中起到重要的作用。
第四部分：螺旋弹簧的制造螺旋弹簧的制造是一个精密的过程，要求严格的尺寸控制和材料选择。
首先，选取适当类型的钢丝或金属带作为原材料。
然后通过一系列的工序，如切割、弯曲和扭转等，将原材料加工成所需的螺旋形状。
最后，经过热处理和机械处理，螺旋弹簧获得所需的硬度和弹性性能。
第五部分：螺旋弹簧的应用螺旋弹簧广泛应用于各个领域的机械系统。
其中一些常见的应用包括汽车悬挂系统、家电、手工具、工业机械、航空航天和医疗设备等。
螺旋弹簧的作用在于控制或缓冲力量，保持机械系统的稳定性和可靠性。
第六部分：螺旋弹簧的优缺点螺旋弹簧有一些明显的优点，如较小的体积、较大的弹性能量储存和释放量、较长的使用寿命等。
然而，螺旋弹簧也存在一些缺点，如重量较大、容易受到腐蚀和疲劳等。
因此，在设计和应用螺旋弹簧时，需要综合考虑其优缺点，并选择合适的类型和材料。
结论：螺旋弹簧是一种重要的机械弹性元件，其工作原理和制造过程都需要严格控制。
螺旋弹簧广泛应用于各种机械系统中，为其提供稳定性和可靠性。
弹簧的类型及其性能与应用
弹簧的类型及其性能与应用一、圆柱螺旋弹簧圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧特性线呈线性，刚度稳定，结构简单，制造方便，应用较广，在机械设备中多用作缓冲，减振，以及储能和控制运动等。
矩形截面圆柱螺旋压缩弹簧结构图特性线在同样的空间条件下，矩形截面圆柱螺旋压缩弹簧比圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧的刚度大，吸收能量多，特性线更接近于直线，刚度更接近于常数。
扁形截面圆柱螺旋压缩弹簧结构图特性线与圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧比较，具有储存能量大，压并高度低，压缩量大，因此被广泛用于发动机阀门机构，离合器和自动变速器等安装空间比较小的装置上。
不等节距圆柱螺旋压缩弹簧当载荷增大到一定程度后，随着载荷的增大，弹簧从小节距开始依次逐渐并紧，刚度逐渐增大，特性线由线性变为渐增型。
因此其自振频率为变值，有较好的消除或缓和共振的影响，多用于高速变载机构。
多股圆柱螺旋压缩弹簧结构图材料为细钢丝拧成的钢丝绳。
在未受载荷时，钢丝绳各根钢丝之间的接触比较松，当外载荷达到一定程度时，接触紧密起来，这时弹簧刚性增大，因此多股螺旋弹簧的特性线有折点。
比相同截面材料的普通圆柱螺旋弹簧强度高，减振作用大。
在武器和航空发动机中常有应用。
圆柱螺旋拉伸弹簧性能和特点与圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧相同，它主要用于受拉伸载荷的场合，如联轴器过载安全装置中用的拉伸弹簧以及棘轮机构机构中棘爪复位拉伸弹簧。
圆柱螺旋扭转弹簧承受扭转载荷，主要用于压紧和储能以及传动系统中的弹性环节，具有线性特性线，应有广泛，如用于测力计及强制气阀关闭机构。
二、变径螺旋弹簧圆锥形螺旋弹簧作用与不等节距螺旋弹簧相似，载荷达到一定程度后，弹簧从大圈到小圈依次逐渐并紧，簧圈开始接触后特性线为非线性，刚度逐渐增大，自振频率为变值，有利于消除或缓和共振，防共振能力较等节距压缩弹簧强。
这种弹簧结构紧凑，稳定性好，多用于承受较大载荷和减振，如应用于重型振动筛的悬挂弹簧及东风型汽车变速器。
蜗卷螺旋弹簧特性线蜗卷螺旋弹簧和其他弹簧相比较，在相同的空间内可以吸收较大的能量，而且其板间存在的摩擦可利用来衰减振动。
矩形截面圆柱螺旋压缩弹簧 标准
矩形截面圆柱螺旋压缩弹簧标准
矩形截面圆柱螺旋压缩弹簧的标准通常包括以下几个方面：
1.材料标准：压缩弹簧的材料通常是高碳钢、不锈钢、合金钢等。
材料的选择取
决于弹簧的工作环境、负载要求、耐腐蚀性等因素。
2.尺寸标准：矩形截面圆柱螺旋压缩弹簧的尺寸标准包括外径、内径、弹簧长度、
矩形截面的宽度和厚度等。
这些尺寸应根据具体的应用需求进行设计。
3.负荷标准：负荷标准是指弹簧在工作过程中所能承受的最大负载。
这通常通过
弹簧常数、自由高度、最大压缩量等参数来表示。
4.制造精度标准：制造精度标准涉及弹簧的制造过程，包括尺寸公差、表面粗糙
度、直线度等。
这些标准确保弹簧的质量和性能。
5.疲劳寿命标准：疲劳寿命标准是指弹簧在承受重复负载下的使用寿命。
这通常
通过循环次数或时间来表示。
6.环境适应性标准：环境适应性标准是指弹簧在不同工作环境下的适应性，如温
度、湿度、腐蚀等。
具体的标准可能因不同的国家或地区、不同的行业或应用领域而有所差异。
在实际应用中，应参考相关的国际标准、国家标准或行业标准，以确保弹簧的设计、制造和使用符合规范。
地弹簧的种类与使用方法
地弹簧的种类与使用方法地弹簧是一种机械弹性元件，由于其结构简单、使用方便，被广泛应用于各个领域。
本文将介绍地弹簧的种类和使用方法。
一、地弹簧的种类1. 螺旋弹簧：螺旋弹簧是最常见的一种地弹簧，它由一根圆柱形的金属线缠绕而成。
螺旋弹簧可以分为压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧三种类型。
压缩弹簧常用于缓冲和支持的场合，拉伸弹簧常用于悬挂和牵引的场合，扭转弹簧常用于扭转力传递的场合。
2. 波纹管弹簧：波纹管弹簧是由多个波纹管组成的弹簧，它的形状像一根根波浪纹管。
波纹管弹簧具有较高的柔性和较大的变形能力，常用于减震和隔振的场合。
3. 刚度盘弹簧：刚度盘弹簧是由多个刚度盘组成的弹簧，它的形状像一个个平面圆盘叠加而成。
刚度盘弹簧具有较高的刚度和较小的变形能力，常用于需要提供高刚度支撑的场合。
4. 弹簧板：弹簧板是由多个弹簧片组成的弹簧，它的形状像一个个平面矩形片叠加而成。
弹簧板具有较高的柔性和较大的变形能力，常用于需要提供较大挠度的场合。
二、地弹簧的使用方法1. 选择合适的地弹簧：根据具体的工程需求，选择合适类型的地弹簧。
考虑到负荷、变形、工作环境等因素，选择合适的地弹簧可以提高工作效率和使用寿命。
2. 安装地弹簧：在安装地弹簧时，需要注意以下几点：- 确保地弹簧安装的位置和方向正确，以确保其正常工作。
- 保持地弹簧与其他零部件之间的良好配合，避免发生卡阻或松动现象。
- 定期检查地弹簧的安装状态，如有发现异常，及时进行调整或更换。
3. 使用地弹簧：地弹簧的使用方法根据具体的应用场景有所不同，以下是几种常见的使用方法：- 压缩弹簧：压缩弹簧常用于缓冲和支持的场合，例如汽车避震器中的缓冲弹簧，可以减轻车辆行驶时的震动。
- 拉伸弹簧：拉伸弹簧常用于悬挂和牵引的场合，例如门窗弹簧，可以提供门窗的开启和关闭力。
- 扭转弹簧：扭转弹簧常用于扭转力传递的场合，例如手摇发电机中的发电弹簧，可以将手摇的动力转化为电能。
4. 维护地弹簧：为了保证地弹簧的正常工作和延长使用寿命，需要进行定期的维护保养。
圆柱弹簧
按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧四种。
按照弹簧的形状不同，弹簧又可分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧和盘簧等。螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用最广。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。
弹簧的基本类型
按形状分\按载荷分
拉伸
一、常用弹簧钢
1、碳素弹簧钢（例如65、70钢）
这种弹簧钢的忧点是价格便宜，原材料来源方便；缺点是弹性极限低，多次重复变形后易失去弹性，且不能在高于120℃的温度下正常工作。
2、低锰弹簧钢(例如65Mn)
这种弹簧钢与碳素弹簧钢相比，优点是淬透性较好和强度较高；缺点是淬火用的尺寸不大的弹簧可以用此种材料制造，例如离合器弹簧等。
二、普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸
参数名称及代号
计算公式
备注
压缩弹簧
拉伸弹簧
中 径D2
D2=Cd
按表4取标准值
内 径D1
D1=D2-d
外 径D
D=D2+d
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
自由高度或长度H0
H0≈pn+(1.5～2)d
（两端并紧，磨平）
一、 圆柱螺旋弹簧结构
圆柱螺旋弹簧根据受力性质，有三种类型：
1. 圆柱螺旋压缩弹簧
1）弹簧各圈间距
设弹簧的节距为p；弹簧丝的直径为d；在自由状态下各圈之间应有适当的间距δ。为了使弹簧在压缩后仍能保持一定的弹性，还应保证在最大载荷作用下，各圈之间仍具有一定的间距δ1。δ1的大小一般推荐为: δ1=0.1d≥0.2mm
3、螺旋扭转弹簧
圆柱螺旋扭转弹簧计算公式EXCEL计算
无色为输入值潜蓝色为输出值，自动生成项目输入值名称值材料线径mm d 1弹簧内径mm D 1 3.4弹簧外径mm D 25.4弹簧中径mm D 4.400D=D 1+d 材料弹性模量N/mm² E 186000旋绕比 C 4.40C=D/d 材料抗拉强度（应力）MPa σb 1850自由角度 º 0有效圈数 n2扭转刚度（N.mm/ º） M' 4.978最小负荷扭角º 3最小扭矩N.mm M 114.9最大负荷扭角º15最大扭矩N.mm M 274.7扭臂1长度 mm L 17最小弯曲应力MPa σmin 152.2扭壁2长度 mm L 26最大弯曲应力MPa σmax 761.0循环特征 γ0.20上限应力系数 σmax/σb 0.41σmax/σb最大负载状态下直径减少量 mm ΔD 0.09导杆直径 mm D'2.98a)、长扭臂弹簧二、疲劳度判断b）、短扭臂弹簧（L 1,L 2=0)公式判定说明：查下表疲劳度图，若γ与σmax/σb值的交点在图中 下方，说明该弹簧的疲劳强度N > 次，σmax/σb=0.7是弹簧不发生永久变形的极限值圆柱螺旋扭转弹簧疲劳度计算一、弹簧参数计算输入参数区域输出区域]}3/)([*3670/{'214L L Dn Ed M ++=ππ1φ2φ)/(3231min d M πσ=)/(3232max d M πσ=max min /σσγ=n10)360/(2n D D φ=∆)(9.0'1D D D ∆-=11'*φM M =22'*φM M =φ)]int([360n n -=φn 10。