螺旋弹簧设计

螺旋弹簧设计

一、 弹簧设计参数

（1）弹簧丝直径d ：制造弹簧的钢丝直径。

（2）弹簧外径o D ：弹簧的最大外径。

（3）弹簧内径i D ：弹簧的最小外径。

（4）弹簧中径D ：弹簧的平均直径。计算公式：()/2o i i D D D D d =+=+

（5）弹簧节距p ：除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离。

（6）有效圈数n ：弹簧能保持相同节距的圈数。

（7）支撑圈数s n ：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t n ：有效圈数与支撑圈的和，t s n n n =+。

（9）螺旋方向：有左右旋之分，常用右旋。

二、 弹簧其它参数

（1）旋绕比C 〈弹簧指数〉

D C d =

为了使弹簧本身较为稳定，不致颤动和过软，C 值不能太大；但为避免卷绕时弹簧丝受到强烈弯曲，C 值不应过小。

常用旋绕比C 值

（2）计算补偿系数K

4144

C K C -=- （3）长细比b

弹簧自由长度与弹簧中径之比，0H b D

=。

三、 弹簧正向设计流程

1. 弹簧丝直径d

d ≥式中：

C ：旋绕比；

K ：计算补偿系数，4144

C K C -=-； max F ：弹簧所受最大的力，max max s F k λ=；

s k ：弹簧的刚度。现代悬架设计过程中，弹性元件的刚度通常不等于悬架系统等效

刚度。当悬架系统存在杠杆比时，弹性元件的刚度近似等于悬架系统等效刚度与杠杆比平方的乘积，即2s k k i =⨯；

i ：悬架等效刚度作用力的力臂/弹性元件（弹簧）作用力的力臂； max λ：弹簧受力时的最大压缩量，等于弹簧处于平衡位置时的压缩量t s

m g x k =

与车轮上跳至极限时的弹簧压缩量之和； []τ：弹簧材料的许用应力。

2. 弹簧工作圈数（有效圈数）n

对于压缩弹簧，弹簧的工作圈数38s

Gd n C k =

。 式中： G ：切变模量。

3. 弹簧节距p

选取螺旋角α，由arctan p D

απ=可得节距p 。 对于压缩螺旋弹簧，推荐5~9α=︒︒。

4. 弹簧自由长度0H

弹簧自由长度：0 1.5H np d =+。

四、 弹簧正向校核

1. 稳定性验算

对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性。为了便于制造及避免失稳现象，要求对于两端固定的弹簧，长细比0 5.3H b D

=<。 2. 疲劳强度验算 疲劳强度安全系数计算值，应满足0min

max

0.75ca F S S τττ+=≥。

式中：

F S ：弹簧疲劳强度的设计安全系数，取1.3~1.7；

max τ、min τ：弹簧材料内部所产生的最大和最小循环切应力，

38KD F d τπ= 0τ：弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限，00.35b τσ=；

b σ：弹簧材料的拉伸强度极限。