弹簧设计规范

弹簧设计规范

一、弹簧的功能

弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的结构特点，它具有多次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。其主要功能有：

⑴、减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。

⑵、测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。

⑶、储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。

⑷、控制运动，如控制弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，控制内燃机气缸阀门开启的弹簧等。

二、弹簧的类型、特点和应用

弹簧的分类方法很多，按照所承受的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；按照形状的不同，弹簧可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘形弹簧和板弹簧等；按照使用材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧。各种弹簧的特点、应用见表1。

法。

三、弹簧使用的材料及其用途

弹簧钢的的主要性能要求是高强度和高屈服极限和疲劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强钢的淬透性和屈强比。

弹簧材料使用最广者是弹簧钢（）。碳素钢用于直径较小的弹簧，工艺多为冷拔成型，如：65#，75#，85#。直径稍大，需用热成型工艺生产的弹簧多采用602，如汽车板簧，铁路车辆的缓冲簧。对于高应力的重要弹簧可采用50,常用于高级轿车板簧，发动机气门弹簧等。其他弹簧钢材料还有：65, 50, 30W42V等。

a、碳钢及合金钢：制造弹簧时，常加矽、锰、铬、钒及钼等金属元素于钢中，以增加弹簧之弹性及疲劳限度，且使其耐冲击。

b、大型弹簧多用热作加工，即弹簧材料高温轧成棒，再高温加工成形后，淬火于780度～850度左右之油或水中，再施以400度～500度的温度回火。

c、小型弹簧，先经退火，再用冷作加工，捲成后再经硬化回火，如钢丝、琴钢丝或钢带。

d、琴钢丝是属高炭钢材（0.65～0.95%）制造，杂质少，直径常小于1/4时经过轫化处理后在常温抽成线，其机械性质佳，抗拉强度及轫性大，为优良的螺旋弹簧材料。

e、不锈钢丝用于易受腐蚀处，承受高温可用高速钢及不锈钢。

f、油回火线含碳量0.6～0.7%应含锰，0.6～1.0%常用于螺圈弹簧。

求弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限，不易松弛。同时要求有较高的冲击韧性，良好的热处理性能等。常见的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢和铜合金。几种主要弹簧材料的使用性能和许用应力见表2。

周围介质，工作时间等）、加工方法、热处理和经济性等诸多因素。如碳素弹簧钢的价格低，强度高，性能好，广泛用于受静载荷和有限作用次数变载荷的小弹簧；合金钢的强度高，弹性好，耐温高，适用于尺寸较大及承受冲击载荷的弹簧；不锈钢耐腐蚀、耐高温，适用于在腐蚀性介质中工作的弹簧；铜合金的耐

腐和抗磁性好，但强度低，适用于受力较小而又要求有耐腐蚀和防磁的弹簧。表3为优质碳素弹簧钢丝的尺寸系列和抗拉强度极限，供设计时参考。

非金属弹簧的材料主要是橡胶，另外还有塑料、软木和空气等。

弹簧材料的许用应力与材料种类、载荷性质、热处理方法、弹簧丝尺寸，弹簧的工作条件和重要程度有关，弹簧的许用应力按受变载荷循环次数的情况不同分三类（见表2）；循环次数在106以上的重要弹簧（如内燃机阀门弹簧和电磁闸瓦制动弹簧等）为Ⅰ类；循环次数在103-106之间及受冲击载荷的弹簧（如调速器弹簧和一般车辆弹簧等）为Ⅱ类；循环次数在103以下的弹簧（如一般安全阀门弹簧和磨擦式安全离合器弹簧等）为Ⅲ类。

碳素弹簧钢的强度高、性能好，供应充足，应用广泛，适于制造弹簧丝直径d≤13的弹簧。按照用途分为三级：B级（d＝0.08-10）用于低应力弹簧；C级d＝0.08-10用于中等应用弹簧；D级（d＝0.08-6.0）用于高应力弹簧。碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限σb见表3。

钢丝直径

级别钢丝直径级别

B级C级D级B级C级D级

1.00 1600 1960 2300 4.5 1320 1520 1620

1.2 1620 1910 2250 5.0 1320 1470 1570

1.4 1620 1860 2150 5.5 1270 1470 1570

1.6 1570 1810 2110 6.0 1220 1420 1520

1.8 1520 1760 2010 6.3 1220 1420 1520

2.0 1470 1710 1910 7.0 1170 1370 -

2.2 1420 1660 1810 8.0 1170 1370 -

2.5 1420 1660 1760 9.0 1130 1320 -

2.8 1370 1620 1710 10.0 1130 1320 -

3.0 1370 1570 1710 11.0 1080 1270 1270

3.2 1320 1570 1710 12.0 1080 1270 1270

3.5 1320 1570 1660 13.0 1030 1220 1220

4.0 1320 1520 1620

记号名称单位记号名称单位记号名称单位d 材料直径k 弹簧定数a1 腕长(作动点)

D 弹簧平均径τ应力修正a2 腕长(固定点)

有效圈数δ变量 E 弹性系数

L 自由长初张力 19,000

M 密着长K 应力修正系数- 21,000

G 横弹性系数 2 e 弹簧指数- 弹簧定数

7000 2 L 0 自由长σ弯曲应力、B 8000 2 a 自由角°P点作动点-

φd 使用的角(变量) °P0点固定点- P 弹簧荷重R 荷重作用半径弯曲修正系数-

压缩弹簧(无研磨) 压缩弹簧(研磨) 弹簧定数：（G×d4）/（8×D3×）

弯曲应力：τ=（8×D×P）/（πd3）×K

（41）/（44）+0.615

荷重：×δ

（安全确认）

安全角（间隔角）：14度以下

弹簧指数：4—13

扭转应力：容许限界以下

第1荷重（A）：0.8L以下

第2荷重（B）：1.2M以上