8、弹簧设计和计算
拉簧的设计和计算
拉簧的设计和计算以弹簧设计来图弹簧加工制造为主，下面我给大家介绍下大致的计算方法目前，广泛应用的弹簧应力和变形的计算公式是根据材料力学推导出来的。
若无一定的实际经验，很难设计和制造出高精度的弹簧，随着设计应力的提高，以往的很多经验不再适用。
例如，弹簧的设计应力提高后，螺旋角加大，会使弹簧的疲劳源由簧圈的内侧转移到外侧，所有的计算也只是给我们一个大的方向从而减少研发成本。
下面我给大家介绍下大至的计算方法。
怎么去设计计算一个合理的拉伸弹簧？拉伸弹簧的拉力、变形和强度计算与压缩弹簧基本相同，两者只是受力、变形和应力的方向相反。
因此，压缩弹簧的基本计算公式同样可以应用于拉伸弹簧。
密圈螺旋拉伸弹簧在冷卷时形成的内力，其值为弹簧开始产生拉伸变形时所需要加的作用力，为拉伸弹簧的初拉力。
初拉力与材料的种类、性能、直径和弹簧的旋绕比、耳环的型式、长短以及弹簧的加工方法都有直接的关系，用冷拔成形并经过强化处理的钢丝且经冷卷成形后的拉伸密圈弹簧，都有一定的初拉力。
不锈弹簧钢丝与碳素弹簧钢丝制成的弹簧比较，初拉力要小12%左右，弹簧消应力回火处理的温度越高，初拉力越小；制成弹簧需要经热处理淬火的拉伸弹簧就投有初拉力.螺旋的线圈做成的圆柱形弹簧，工作线圈之间为恒定间隙，可以吸收外部轴向力。
线径约为16mm的弹簧线圈为冷成型。
热成型弹簧一定是用于线径大于10mm的高负载产品上。
拉伸弹簧通常为圆线或圆棒做成。
方形线圈很少用。
考虑到固定挂钩形状和设计对弹簧工作寿命减少和无法做到完美的喷丸效果。
不推荐使用拉伸弹簧于疲劳负载弹簧上。
如果必须使用拉伸弹簧于疲劳负载，建议避免使用固定挂钩而选择其他的弹簧固定方式。
弹簧设计拉伸弹簧用于两种基本设计·预压弹簧·冷成型拉伸弹簧适合预应力加工，因此工作线圈封闭。
预压弹簧可以增加弹簧的负载容量。
对于指定长度弹簧变形，必须使用无预压的更高负载。
预压产生于弹簧线圈的卷绕过程中。
尺寸大小依据使用的材料，弹簧指数和卷绕方式。
组合弹簧的设计与计算
组合弹簧的设计与计算
组合弹簧是一种由多个弹簧组成的复合弹簧，具有结构简单、能量密度高、工作稳定可靠等特点。
组合弹簧的设计与计算是一项重要的工作，需要考虑弹簧的材料、尺寸、弹性系数、刚度、阻尼等因素，以保证其满足要求的工作条件。
设计组合弹簧时，首先需要确定所需的弹簧力和工作环境，然后根据弹簧的工作原理和参数，选择合适的材料和尺寸进行设计。
在设计中，需要考虑各个弹簧之间的相互影响和协调，以保证组合弹簧的整体性能。
计算组合弹簧的弹性系数、刚度和阻尼等参数，可以采用经验公式、数值模拟和试验等方法。
其中，经验公式主要适用于设计简单的组合弹簧，数值模拟可以较准确地模拟组合弹簧的工作性能，试验则可以验证模拟结果和设计方案的可行性。
总之，组合弹簧的设计与计算是一项复杂而重要的工作，需要综合考虑多个因素，以保证组合弹簧能够满足工程要求。
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弹簧设计步骤详解
弹簧设计步骤详解弹簧设计是机械设计中的一个非常重要的部分，弹簧在工程中有广泛的应用，如汽车悬挂系统、电器设备、工具、家具等。
弹簧设计的目的是根据所需的力学性能以及工作环境条件来选择适合的材料、形状和尺寸，并确保其具有合适的弹性性能和寿命。
下面是弹簧设计的详细步骤：1.确定设计要求：根据应用场景和使用要求，确定所需的弹簧的负载条件、工作温度、运动方式等。
这些要求将直接影响到弹簧的材料和几何参数的选择。
2.选择材料：根据所需的弹簧性能指标，如弹性模量、屈服强度、疲劳寿命等，选择合适的弹簧材料。
常用的弹簧材料有钢丝、高碳钢、不锈钢、钛合金等。
不同的材料有不同的力学性能和耐腐蚀性，需要根据具体情况进行选择。
3.计算负载条件：根据设计要求和所选材料，计算所需的弹簧负载条件，包括最大负载、工作位移范围、应力、挠度等。
这些参数将决定弹簧的尺寸和形状。
4.选择弹簧类型：根据负载条件和运动方式，选择合适的弹簧类型，包括压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧等。
不同类型的弹簧适用于不同的负载和运动方式，需要根据实际情况进行选择。
5.确定弹簧形状：根据所选的弹簧类型和负载条件，确定弹簧的几何形状和尺寸。
弹簧的形状直接影响到其弹性性能和负载能力，需要根据实际需要进行选择，如圆柱形弹簧、圆锥形弹簧、卷曲弹簧等。
6.估计弹簧寿命：通过应力分析和疲劳计算，估计弹簧的寿命。
弹簧在工作中可能会受到重复载荷的作用，而导致疲劳破坏，需要通过合适的疲劳分析方法来评估寿命。
7.弹簧制造工艺：根据所选的弹簧形状和尺寸，确定适合的制造工艺，包括卷制、切割、热处理、表面处理等。
弹簧的制造工艺对于其质量和性能有直接影响，需要进行合理的选择。
8.弹簧的安装和使用：在设计过程中考虑弹簧的安装和使用条件，如安装方式、运动方式、周围环境等。
这些因素将影响弹簧的实际工作性能和寿命，需要充分考虑。
以上是弹簧设计的详细步骤，这些步骤涵盖了弹簧设计中的关键要点，通过合理的设计和选择，可以确保弹簧在工程中具有良好的弹性性能和寿命，满足工程要求。
弹簧设计基本公式
弹簧设计基本公式
（1）强度计算公式
式中，K 为曲度系数，；
F 为载荷；
C 为弹簧指数（亦称旋绕比），C = D2/d；
[τ] 为弹簧材料的许用扭转应力。
由此可计算弹簧丝直径d。
（2）刚度计算公式
式中，n 为弹簧的有效圈数；
G 为弹簧的切变模量；
λ为弹簧变形量；
D2 为弹簧圈中径；
其它符号意义同前。
（3）稳定性计算公式
为了限制弹簧载荷F小于失稳时的临界载荷Fcr。
一般取F = Fcr/(2～2.5)，其中临界载荷可按下式计算
Fcr = CBkH0
式中，CB 为不稳定系数
注：1---两端固定；2---一端固定；3---两端自由转动
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弹簧设计计算
项目 最小工作载荷P1 最大工作载荷Pn 工作行程h 弹簧中径D 弹簧直径d 原 弹簧类别 始 条 端部结构 件 旋绕比C 曲度系数K 弹簧材料 材料极限切应力 材料切变模量 初算弹簧刚度P' 工作极限载荷Pj 单位 N N mm mm mm 公式及数据 2000 7570 170 80 14 III类 端部并紧、磨平，两端支承圈各1圈 C= 5.714285714 K= 1.266715909 60Si2Mn MPa τj= 740 MPa G= 79000 N/mm P'= 32.76470588 N Pj= 7868.763643 P1= Pn= h= D= d= fj= 10.62006597 P'd= 740.9335938 n= 22.613772 取 n= n1= 30 P‘= 26.46191406 Fj= t= H0= D2= D1= α= L= H1= Hn= Hj= h= 下限 上限 b= 297 24.61 710.08 取H0= 94 66 5.592578199 7576 634.42 423.93 412.64 210.49 0.25 0.96 81、根据弹簧套筒内径以及旋绕比C 5～8初步确定 弹簧直径与中径； d 3 j 2、由极限载荷公式 Pj 8DK 可知，极限载荷 只由中径、直径以及材料有关，与施加的外力无关 。故一旦中径、直径以及材料确定后，弹簧的极限 载荷就是一定值； 3、根据 弹簧的工作范围为20%～80%初步确定最小工作载荷 以及最大工作载荷；最小工作载荷应大于推动侧护 板所需要的力； 4、根据以上 最终验算结果，对以上各值进行调整
工作极限载荷下的 mm 单圈变形量fj 单圈弹性刚度P'd N/mm 有效圈数n 圈 总圈数n1 圈 N/mm 参 数 弹簧刚度P’ 计 算 工作极限载荷下的 变形量Fj mm 节距t mm 自由度高H0 mm 弹簧外径D2 mm 弹簧内径D1 mm 螺旋角α (°) 展开长度L mm 最小载荷时高度H1 mm 最大载荷时高度Hn mm 极限载荷时高度Hj mm mm 验 算 实际工作行程h 工作范围 高径比b
弹簧设计方案
弹簧设计方案弹簧是一种具有储能性能的机械零件，广泛应用于各种工业领域。
本文将针对弹簧的设计方案进行探讨，以提供一个高效可靠的弹簧设计方案。
一、设计原则1. 负载条件：首先需要确定所设计弹簧所承受的负载条件，包括负载类型、大小和周期等。
这将有助于确定合适的弹簧类型和尺寸。
2. 弹簧材料选择：根据所需的负载条件和工作环境，选择合适的弹簧材料。
常见的材料包括弹簧钢和不锈钢等。
3. 弹簧类型：根据应用需求，选择适合的弹簧类型，如压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧等。
4. 尺寸计算：根据负载条件和所选材料，进行弹簧尺寸计算。
这包括弹簧直径、线径、圈数等参数的确定。
5. 弹簧刚度：根据所需的弹簧刚度，进行刚度计算，以确保弹簧在工作条件下具有适当的变形和回弹性能。
6. 弹簧周期寿命：通过计算弹簧的应力和变形情况，评估其在设计寿命范围内的使用情况。
二、设计流程1. 确定需求：明确弹簧的使用需求和工作条件。
2. 材料选择：根据工作环境和负载条件选择适合的弹簧材料。
3. 弹簧类型选择：根据需求选择合适的弹簧类型。
4. 弹簧尺寸计算：根据负载条件、材料和弹簧类型，计算弹簧的尺寸参数。
5. 弹簧刚度计算：根据需求，计算弹簧的刚度，并根据需要进行调整。
6. 弹簧周期寿命评估：通过应力和变形计算，评估弹簧在设计寿命范围内的使用情况。
7. 样品制作：根据设计结果，制作弹簧的样品，并进行测试验证。
8. 优化调整：根据测试结果，对设计进行优化调整，以提高弹簧的性能和寿命。
9. 批量生产：根据优化后的设计方案，进行弹簧的批量生产。
三、设计案例以压缩弹簧为例，假设需设计一款承受500N负载的压缩弹簧，工作环境为常温下。
1. 确定需求：压缩弹簧承受500N负载，工作环境为常温下。
2. 材料选择：选择弹簧钢作为材料，具有优良的力学性能和耐腐蚀性能。
3. 弹簧类型选择：选择圆截面弹簧，适用于承受压缩负载。
4. 弹簧尺寸计算：根据负载条件和材料弹性模量，计算出弹簧直径、线径和圈数等参数。
弹簧的冲量计算公式
弹簧的冲量计算公式弹簧是一种常见的弹性元件，广泛应用于机械、汽车、航空航天等领域。
在工程设计和计算中，弹簧的冲量是一个重要的参数，它可以帮助工程师们准确地预测弹簧的性能和行为。
本文将介绍弹簧的冲量计算公式及其应用。
首先，我们来了解一下什么是冲量。
冲量是一个物体在单位时间内受到的力的总量，它是一个矢量，具有大小和方向。
在弹簧的情况下，冲量可以帮助我们计算弹簧在受到外力作用时的变形和应力情况。
弹簧的冲量计算公式可以通过牛顿第二定律来推导。
牛顿第二定律表明，一个物体受到的力等于其质量乘以加速度，即F=ma。
在弹簧的情况下，我们可以将这个公式稍作修改，得到弹簧的冲量计算公式为：I = F t。
其中，I表示冲量，单位是牛·秒（N·s）；F表示作用在弹簧上的力，单位是牛顿（N）；t表示作用力的时间，单位是秒（s）。
这个公式告诉我们，冲量的大小取决于作用在弹簧上的力的大小和作用力的时间长短。
当作用力越大或作用时间越长时，弹簧的冲量就会越大。
在工程设计和计算中，弹簧的冲量计算公式可以帮助工程师们预测弹簧在受到外力作用时的变形情况。
通过计算作用力和作用时间，工程师们可以确定弹簧的变形程度和应力情况，从而选择合适的弹簧材料和尺寸，确保弹簧在工作过程中不会发生过大的变形或损坏。
除了在工程设计和计算中的应用，弹簧的冲量计算公式还可以帮助我们理解弹簧的物理特性。
通过计算不同作用力和作用时间下的冲量大小，我们可以了解弹簧在不同情况下的变形和应力情况，从而更好地掌握弹簧的工作原理和性能。
总之，弹簧的冲量计算公式是一个重要的工程工具，它可以帮助工程师们预测弹簧的性能和行为，选择合适的弹簧材料和尺寸，确保弹簧在工作过程中的稳定性和可靠性。
同时，这个公式也可以帮助我们更好地理解弹簧的物理特性，为弹簧的设计和应用提供理论基础。
希望本文的介绍能够对大家有所帮助，谢谢阅读！。
弹簧的计算
圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的设计
newmaker
1圆柱弹簧的参数及几何尺寸
1、弹簧的主要尺寸
如图所示，圆柱弹簧的主要尺寸有：弹簧丝直径d、弹簧圈外径D、弹簧圈内径D1，弹簧圈中径D2，节距t、螺旋升角a、自由长度H0等。
2、弹簧参数的计算
弹簧设计中，旋绕比（或称弹簧指数）C是最重要的参数之一。
d=线径
Do=OD=外径
Di=ID=内径
Dm=MD=中径=Do-d
N=总圈数
Nc=有效圈数=N-2
弹簧常数计算范例:线径=2.0mm , 外径=22mm , 总圈数=5.5圈 ,钢丝材质=琴钢丝
K=(G×ｄ４)／（８×Ｄｍ３×Ｎｃ）＝（８０００×２４）／（８×２０３×３．５）＝０．５７１ｋｇｆ／ｍｍ
弹簧力的计算
2007-11-21 12:48
压力弹簧
压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷；
弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)；
弹簧常数公式（单位：kgf/mm）：K=(G×ｄ４)／（８×Ｄｍ３×Ｎｃ）
G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300；磷青铜线G=4500 ；黄铜线G=3500
d=线径
Do=OD=外径
Di=ID=内径
Dm=MD=中径=Do-d
N=总圈数
R=负荷作用的力臂
p=3.1416
当拉伸弹簧受轴向拉力F时，弹簧丝槽剖面上的受力情况和压缩弹簧相同，只是扭矩T和切向力Q均为相反的方向。所以上述两种弹簧的计算方法可以一并讲述。
2、弹簧的强度
从受力分析可见，弹簧受到的应力主要为扭矩和横向力引起的剪应力，对于圆形弹簧丝
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电力设备电气绝缘国家重点实验室Xi ’an Jiaotong University, China
弹簧设计和计算
1、弹簧在断路器中的应用
2、弹簧的分类
EE 弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。
在载荷作用下能够产生变形，卸载时释放能量恢复原形，加载变形过程遵循一定的规律，可以用来控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等
保证动作力：如操作机构的作用力、触头压力、电磁系统的反
EE
这类弹簧多数由圆形截面材料制成，当同样空间条
件下需要更大的刚度时，可选用矩形截面的材料
圆柱形螺旋压缩弹簧圆柱形螺旋压缩弹簧圆柱形螺旋压缩弹簧
结构简单，制造方便，特性接近于直线型，刚度值较稳
EE 2013-04-025（2）变径螺旋弹簧
¾圆锥形螺旋弹簧
这类弹簧的特点是稳定性好，结构紧凑，其特性线开始是直线，随着载荷的增加，逐渐变成渐增型，有利于缓和冲击和共振，接触器弹簧的主弹簧常选用圆锥形弹簧。
¾中凸和中凹形弹簧
这类弹簧的特性相当于圆锥形弹簧，中凸形弹簧在某些场合可替代圆锥形弹簧使用，中凹形弹簧主要用作坐垫
和床垫。
（3）碟形弹簧
加载与卸载特性不重合，在工作过程
中有能量消耗，缓冲和减震能力强，蝶形
弹簧常用于中、高压产品中。
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6这类弹簧圈数多，变形角大，储存能量大，多用在仪器和钟表中这类弹簧由薄片材料制成，结构形状繁多，主要用于仪表及低压元器按照不同使用条件和承受负荷的情况，弹簧又分成4大类第1类：承受静负荷，或变换次数甚少并不带冲击性负荷的弹簧。
第2类：承受具有一定次数的变换，但冲击并不强烈的弹簧。
第3类：承受高速变换次数，但并不太强烈的冲击负荷的弹簧。
EE
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73.弹簧的基本参数和基本概念
（1）弹簧的旋绕比C 或
W
工作负荷是指弹簧在工作进程中承受的力或力矩。
极限负荷是指对应于弹簧材料屈服极限的负荷（力或力矩）。
工作极限负荷是指弹簧工作中可能出现的最大负荷。
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变形量又称挠度，是指弹簧沿负荷作用方向产生的相对位移工作扭转角指扭转弹簧承受工作负荷时的角位移。
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指沿螺旋轴线两端间的螺旋圈数。
指计算弹簧刚度时的螺旋圈数。
指旋绕比对应力影响的修正系数。
又称弹簧稳定性指标，是指压缩弹簧的自由高度与中径之比
10框架断路器图（17）弹簧的端部结构
¾两端圈并紧并磨平
¾两端圈并紧不磨平
¾两端圈不并紧
拉伸弹簧的端部结构主要是钩环形状，设计和选用端部结构型式时，主要考虑弹簧在机构中的安装方式、空间条件及载荷性质等因素，在满足使用的前提下，尽量选用简单的结构型式。
扭转弹簧的结构型式很多，列入国家标准的只是常用的几种，根据不同的安装方法和使用条件选用或自行设计。
合金弹簧钢丝卷绕的弹簧不必考虑初应力
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2013-04-02144. 低压断路器常用弹簧的计算
4. 1压缩弹簧的计算
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曲度系数K的选取
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4.2拉伸弹簧的计算
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2013-04-0221/294.3扭簧的计算
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23/29
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24/295. 弹簧计算实例
5.1压缩弹簧
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25/29
5.2拉伸弹簧
27Thank you very much。