弹簧的类型
弹簧的有效圈数和总圈数
弹簧的有效圈数和总圈数
【原创版】
目录
1.弹簧的概念及分类
2.有效圈数和总圈数的定义及计算方法
3.弹簧类型与有效圈数、总圈数的关系
4.实际应用中的计算举例
5.总结
正文
一、弹簧的概念及分类
弹簧是一种利用弹性材料制成的具有弹性形变特性的零件。
根据弹簧的形状和功能，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧等。
二、有效圈数和总圈数的定义及计算方法
1.有效圈数：指弹簧等节距的圈数，即在弹簧未受外力作用下，保持相等节距的圈数。
2.总圈数：指弹簧在未受外力作用下的总圈数，包括两端的半圈。
计算方法：有效圈数 = 总圈数 - 支撑圈数，其中支撑圈数可根据弹簧类型和实际应用场景查表获得。
三、弹簧类型与有效圈数、总圈数的关系
1.拉伸弹簧：有效圈数 n = 总圈数 n1，当 n > 20 时，n 圆整为整数圈，当 n < 20 时，n 圆整为半圈。
2.压缩弹簧：有效圈数 n = 总圈数 n1 - 支撑圈数 n2，n2 可查表获得。
尾数应为 1/4、1/2、3/4 或整圈，推荐 1/2 圈。
四、实际应用中的计算举例
假设一个弹簧的内径为 7.4mm，丝粗为 1.4mm，有效圈数为 6，总圈数为 8。
求弹簧展开长度。
计算方法：首先算出一圈的展开长度，即 3.14 × (7.4^2) = 173.44mm。
然后计算总圈数 8.0 圈的展开长度，即 27.632 × 8.0 = 221.056mm。
五、总结
弹簧的有效圈数和总圈数是描述弹簧特性的重要参数。
弹簧32554
二、弹簧的几何尺寸
D2
弹簧指数
D
D2
C D2 d
— 衡量弹簧曲率重要参数
簧丝直径 d
外径 DD2
内径 D1 中径 DD2
节距 p
螺旋升角
压簧自由高度H 0 拉簧长度 H 0
有效圈数 n 总圈数 n1
圆柱拉、压螺旋弹簧的设计
一、圆柱拉、压螺旋弹簧的结构、几何尺寸和特性曲线
圆柱螺旋弹簧分压缩弹簧和拉伸弹簧。
h max min H1 H 2
Flim为弹簧的极限工作载
荷，在它的作用下弹簧 丝内的应力达到了弹簧 材料的屈服极限。
无初应力的拉伸弹簧， 其特性曲线与压缩弹簧的特 性曲线相同。
有初应力的拉伸弹簧的 特征曲线，有一段假想的变 形量x，相应的初拉力为F0， 为克服这段假想变形量，使 弹簧开始变形所需的初拉力， 当工作载荷大于F0时，弹 簧才开始伸长。
支 承 圈 (bearing coils) ， 死 圈 (“dead” turns), n —— inactive end coils
弹簧两端与弹簧座相接触的部分，不参加弹簧变形，其端 部 应 垂 直 于 弹 簧 轴 线 。 两 端 死 圈 各 有 n=3/4(0.75) ～ 5/4(1.25) 圈 ， 具 体 与 端 部 形 式 有 关 ， 一 般 n=(0.75 ， 1 ， 1.25)圈。
因此从强度角度考虑C不能取得过大 C越小，刚度k越大，弹簧越硬，绕制越困难 C越大，刚度k越小，弹簧越软，绕制越容易，但易失稳，易颤动
磨平部分不少于圆周长的3/4，端头厚度一般不少于d/8。
几何尺寸和参数
中径 D2 外径D
内径D1 节距t
螺旋升角α
弹簧丝直径d C D
弹簧的参数
弹簧的参数弹簧是一种能够储存和释放能量的弹性元件，广泛应用于工业、汽车、机械设备、电子产品等领域。
弹簧在各种工程中扮演着重要的角色，不同类型的弹簧具有不同的参数和特性。
下面我们将详细介绍关于弹簧的参数，包括弹簧的种类、材料、尺寸、弹性模量、疲劳寿命、安装方式等方面。
1. 弹簧的种类弹簧的种类繁多，主要包括压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和扭转弹簧等。
压缩弹簧用于受压力缩短其长度的应用，而拉伸弹簧则是在受拉力的作用下延长其长度。
扭转弹簧用于扭转或扭转运动，而扭转弹簧则用于提供回复扭矩。
2. 弹簧的材料弹簧的材料通常包括碳素钢、合金钢、不锈钢、铜合金、铝合金等。
碳素钢弹簧具有良好的弹性和力学性能，是应用最广泛的弹簧材料之一。
合金钢弹簧具有较高的强度和疲劳寿命，适用于承受高应力和高温的环境。
不锈钢弹簧具有优良的耐腐蚀性能，适用于潮湿、腐蚀性环境下的应用。
3. 弹簧的尺寸弹簧的尺寸一般由直径、线径、自由长度、总圈数、圈间距、扭矩等参数组成。
这些参数对弹簧的刚度、负荷、变形量等性能有着直接的影响。
4. 弹簧的弹性模量弹簧的弹性模量是材料的特性参数，它反映了弹簧在受力下产生弹性变形的能力。
弹性模量越大，弹簧的刚度越高，其变形量越小。
不同材料和制造工艺的弹簧具有不同的弹性模量，选择合适的弹性模量是保证弹簧正常工作的关键。
5. 弹簧的疲劳寿命弹簧在长期交变载荷作用下，会产生疲劳破坏。
弹簧的疲劳寿命是评价其使用寿命的重要参数之一。
疲劳寿命受到弹簧的材料、工艺、表面处理等因素的影响，通过合理设计和制造可以提高弹簧的疲劳寿命。
6. 弹簧的安装方式弹簧的安装方式包括直线安装、径向安装和轴向安装等。
不同的安装方式对弹簧的受力、变形、工作环境等有着不同的要求，合理的安装方式可以确保弹簧的正常工作。
弹簧的参数包括种类、材料、尺寸、弹性模量、疲劳寿命、安装方式等多个方面，这些参数在弹簧的设计、选择、制造和应用过程中都具有重要意义。
弹簧设计规范(全)
名称弹簧简图特点及应用名称碟形弹簧环形弹簧盘簧弹簧简图特点及应用承受压力，缓冲及减振能力强，常用于重型机械的缓冲和减振装置。
承受压力，是目前最强的压缩、缓冲弹簧，常用于重型设备，如机车车辆、锻压设备和机械中的缓冲装置。
承受转矩，能储存较大的能量，常用作仪器、钟表中的弹簧。
弹簧设计标准一、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构造特点，它具有屡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：(1)、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。
表1弹簧的根本类型、特点和作用在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。
故本章主要讲述这类弹簧的构造形式、设计理论和计算方QF圆柱形螺旋弹簧圆柱形螺旋扭转弹簧圆锥形螺旋弹簧图(a)承受拉力，图(b)承受压力，构造简单，制造方便，应用最为广泛承受压力，构造紧凑，稳定性好，防振能承受转矩，主要用于各种装置中的压紧和蓄能法。
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〔SUP〕。
标准弹簧规格表
标准弹簧规格表一、弹簧类型本标准所涉及的弹簧类型包括：1.拉伸弹簧（Tension Spring）：用于承受拉力，如链条、吊索等。
2.压缩弹簧（Compression Spring）：用于承受压力，如汽车减震器、缓冲器等。
3.扭转弹簧（Torsion Spring）：用于承受扭矩，如汽车传动轴、阀门等。
4.弯曲弹簧（Flexural Spring）：用于承受弯曲力，如板簧、叶片等。
二、弹簧刚度弹簧刚度是指弹簧在单位变形量下所承受的力，用K表示，单位为N/mm。
弹簧刚度是弹簧材料、几何尺寸和应力状态的函数。
在本标准中，根据所需承受的负荷、空间限制和稳定性要求等因素来确定弹簧刚度。
三、弹簧材料本标准所涉及的弹簧材料包括：1.碳素弹簧钢丝：主要用于制造高强度、高弹性的弹簧。
2.不锈钢弹簧钢丝：主要用于制造耐腐蚀、高弹性的弹簧。
3.磷青铜弹簧钢丝：主要用于制造高强度、高导电性的弹簧。
4.合金弹簧钢丝：主要用于制造高温、高强度、高弹性的弹簧。
5.其他特种材料：如陶瓷纤维、碳纤维等，主要用于制造高性能、轻量化的弹簧。
四、弹簧圈数弹簧圈数是弹簧的一个重要参数，它决定了弹簧的弹力和变形量。
在本标准中，根据所需承受的负荷、空间限制和稳定性要求等因素来确定弹簧圈数。
一般来说，圈数越多，弹簧的弹力和稳定性越好，但同时也增加了制造成本和空间占用。
五、弹簧外径弹簧外径是指弹簧最外层的圆周直径，是弹簧的一个重要参数，它决定了弹簧的体积和所占用的空间。
在本标准中，根据所需承受的负荷、空间限制和稳定性要求等因素来确定弹簧外径。
一般来说，外径越大，弹簧的弹力和稳定性越好，但同时也增加了制造成本和空间占用。
六、弹簧内径弹簧内径是指弹簧内部直径，是弹簧的一个重要参数，它决定了弹簧的弹力和变形量。
在本标准中，根据所需承受的负荷、空间限制和稳定性要求等因素来确定弹簧内径。
一般来说，内径越大，弹簧的弹力和稳定性越好，但同时也增加了制造成本和空间占用。
弹簧床垫的布局原理
弹簧床垫的布局原理弹簧床垫是床垫中常见的一种类型，其布局原理是通过排列和组合弹簧系统来提供支撑和舒适度。
以下是关于弹簧床垫布局原理的详细说明。
1. 弹簧类型：弹簧床垫通常使用钢制弹簧，它们可以分为螺旋弹簧和袋装弹簧两种类型。
2. 螺旋弹簧布局：螺旋弹簧是一种连续弹簧系统，它由一根连续的钢线缠绕而成。
螺旋弹簧床垫的布局原理是将多个螺旋弹簧平均分布在床垫的整个表面上。
这些弹簧通常固定在床垫的边缘边框上，通过连接线固定在同一水平线上。
这种布局方式可以确保整个床垫的支撑力均匀分布，增加舒适度和支撑性。
3. 袋装弹簧布局：袋装弹簧是一种独立弹簧系统，每个弹簧都被一个独立的布袋包裹，使得每个弹簧可独立运作，相互间没有直接接触。
袋装弹簧床垫的布局原理是将多个袋装弹簧平均分布在床垫的表面上，每个弹簧都被独立固定在床垫内部，通过布袋和上层填充物隔离。
这种布局方式可以提供更好的点对点支撑和减少相互干扰，增加床垫的适应性和舒适度。
4. 弹簧间隔和类型：在布局原理中，弹簧的间隔和类型对床垫的性能和舒适度有重要影响。
对于螺旋弹簧床垫，通常采用间隔相等的方式，使得弹簧的数量和密度均匀分布，以确保整个床垫的支撑力相对均衡。
对于袋装弹簧床垫，通常采用不等间隔的方式，弹簧密度可以根据人体各个部位的需求进行调整，提供更合适的支撑力。
5. 上层填充物：除了弹簧系统外，弹簧床垫通常还包含上层填充物，如海绵、乳胶或记忆棉等。
这些填充物的选择和布局也对床垫的舒适度和支撑性起着重要作用。
上层填充物可以调节整个床垫的硬度、柔软度和适应性，提供更好的睡眠体验。
总结：弹簧床垫的布局原理是通过排列和组合弹簧系统并搭配上层填充物来提供支撑和舒适度。
螺旋弹簧床垫采用螺旋弹簧的连续布局，而袋装弹簧床垫采用袋装弹簧的独立布局。
弹簧的间隔和类型以及上层填充物的选择和布局对床垫的性能和舒适度有重要影响。
弹簧床垫是一种常见的床垫类型，它的布局原理是为了提供合适的支撑力和舒适度，为用户提供更好的睡眠体验。
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。
蛇形弹簧规格参数
蛇形弹簧规格参数蛇形弹簧是一种常见的弹簧类型，它的结构呈现出蛇形状，通常由多个弯曲过的弹簧片组成。
这种结构使得蛇形弹簧具有优异的弹性和负载能力。
下面将详细介绍蛇形弹簧的规格参数。
1.弹簧材料：蛇形弹簧通常由高强度合金钢材料制成，如65Mn、60Si2MnA、55CrSi、50CrVA等。
这些材料具有优异的机械性能和耐磨性，能够承受高强度的压缩和拉伸载荷。
2.弹簧直径：蛇形弹簧的直径是指弹簧片的金属材料的截面直径。
它通常根据所需的弹性和负载来选择。
较小的直径可以提供更高的弹性，而较大的直径可以承受更大的负荷。
3.弹簧片数：蛇形弹簧由多个弯曲过的弹簧片组成。
弹簧片数会影响到弹簧的总长度和弹力。
通常，弹簧片数越多，弹簧的弹性越高，但也需要更多的空间。
4.弹簧片宽度：弹簧片的宽度是指弹簧片在截面上的宽度。
这个参数直接影响到弹簧的负载能力和弹性。
较宽的弹簧片可以承受更大的负荷，但弹性会相应降低。
5.弹簧片厚度：弹簧片的厚度是指弹簧片在截面上的厚度。
厚度会影响到弹簧的弹性和负载能力。
较厚的弹簧片可以提供更高的负载能力，但弹性也会降低。
6.弹簧片弯曲半径：弹簧片的弯曲半径是指弹簧片在弯曲过程中的曲率半径。
较小的弯曲半径可以提供更高的弹性，但可能会导致弹簧片的疲劳寿命缩短。
7.弹簧高度：弹簧的高度是指整个蛇形弹簧的长度。
弹簧的高度可以根据具体需求进行定制，以适应不同的安装和使用环境。
8.弹簧负载和弹性：蛇形弹簧的负载能力和弹性是其最重要的规格参数。
负载能力是指弹簧能够承受的最大压缩或拉伸力，而弹性是指弹簧的形变能力。
这两个参数通常可以根据具体要求来选择和优化，以满足不同应用场景的需求。
总结：蛇形弹簧的规格参数包括弹簧材料、弹簧直径、弹簧片数、弹簧片宽度、弹簧片厚度、弹簧片弯曲半径、弹簧高度、弹簧负载和弹性等。
这些参数决定了弹簧的性能和应用范围。
在选择蛇形弹簧时，需要根据具体的负载需求、空间限制和耐久性要求等方面进行合理的选择和优化。
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弹簧的类型、工作特性及其应用
如按承载特点分：则有压缩弹簧、拉伸弹簧及扭转弹簧等；在压缩弹簧中，又可分为圆柱状和变径两大类，前者有圆形截面、矩形截面及多股压缩弹簧；后者有圆锥形、腰鼓形(中凹型、中凸型及组合型等)及蜗卷型；由于螺距不同，它又可分为等螺距和变螺距两类压缩螺旋弹簧；
弹簧的类型很多，可按弹黄形状、承载特点，制造方法及所用材料等方面进行分类。
如按形状分:则有螺旋弹黄、板(片)簧、杆簧、碟形弹簧、环形弹簧、平面蜗卷弹簧、截锥蜗卷螺旋弹簧以及其它特殊形状的弹簧；
如按承载特点分：则有压缩弹簧、拉伸弹簧及扭转弹簧等；在压缩弹簧中，又可分为圆柱状和变径两大类，前者有圆形截面、矩形截面及多股压缩弹簧；后者有圆锥形、腰鼓形(中凹型、中凸型及组合型等)及蜗卷型；由于螺距不同，它又可分为等螺距和变螺距两类压缩螺旋弹簧；
如按成型方法分：则有冷成型弹簧和热成型弹簧两大；
如按材质分：则有碳素钢弹簧、合金钢弹簧、不锈钢弹簧;磷青铜弹簧、铍青铜弹簧以及各种特殊合金弹簧等。
在非金属材料方面:则有塑料弹簧、橡胶弹簧及陶瓷弹簧。
此外，还有液体弹簧及空气弹簧等。
在外力作用下，不论哪一种类型的弹黄，在其材料中所产生的应力往往是弯曲应力或扭转应力。
根据材料中产生的主要应力类型来分，则弹簧的类型可归纳如表1-1所示。
1-1
应力类型弹簧类型
弯曲应力多板弹簧.薄板弹簧，扭转娜旋弹簧，蜗卷弹簧(包括发条弹簧).翻形弹簧
扭转应力压缩螺旋弹簧、拉伸螺旋弹簧、扭杆、截距蜗卷螺旋弹簧(即笋形弹簧)
拉·压应力环形弹簧
复合应力箍簧、Z字型（锯齿形）弹簧
设计和使用弹簧时，不仅要根据要求选择弹簧的类型和材料，而且要求出弹簧的具体尺寸，使它与所占空间的大小及许用应力的高低相适应。
为了解决这些问题，经常要应用下列三个关系:
1 .弹簧的变形(位移)是载荷的函数，反之亦然；
2.材料中的最大应力是载软荷或变形的函数；
3.形变能(应变能)是载荷和变形的函数。
通常，把弹簧承受的载荷P(或扭矩T)和变形F(或扭转角φ)之间的关系曲线称为弹簧工作时的特性线。
这种待性线有如下几种类型：印直线型、渐增型、渐减型及其它组合型, 如图1-1所示。
圆柱形圆截面材料的压缩或拉伸弹簧、单板弹簧，扭杆弹簧、扭转弹簧及非接触平面蜗卷弹簧待都具有直线型的工作特性线(图1-1a)。
而变节距的压缩弹簧、圆锥螺旋弹簧、各种变径的螺旋弹簧(中凸或中凹型)等都具有渐增型的特性线(图1-lb曲线1)；单纯渐减型特性线在弹簧设计中应用很少，多股压缩弹簧组合螺旋弹簧具有组合特性线(图1-1c)。
多板弹簧、环形弹簧，碟形弹簧以及接触平面蜗卷
弹簧在加载与卸载时的特性线并不重合(图1-1d)。
而空气弹簧与橡胶弹簧其有特殊形状的特性线。
即弹簧随着变形量的增加，使刚度增大。
而曲线2则相反。
图1-1c表示弹簧在变形量达到一定值以前，刚性为常值，而后继续加大交形时，弹赞的刚度急剧增大。
应当指出，弹簧的特性线对于其设计和选择具有重要作用。
直线型特性的弹簧，刚度稳定，结构简单，制造方便，故应用最广泛。
具有渐增型特性的弹簧，当载荷达到一定值后，刚度急剧增大，从而起到保护弹簧的作用。
多板弹簧，环形及碟形弹簧等，由于摩擦损失，加载与卸载的特性线不重合，因而其有特别好的减震或缓冲功能。
设计一个使运动块停顿下来的弹簧(如缓冲弹簧等)时，弹性应变能是另一个重要因素，至少，它和运动块的动能(1/2mv2)同样大。
弹簧受载后所储存的能最称为弹簧的应变能(或称变形能)，用U表示。
对于拉伸和压缩弹簧:
式中E为材料的(正)弹性模最; G为材料的切变模量；k为材料利用系数，它与弹簧类型有关，具休数字可参看表1-2,
由式(1-6)可知，单位体积应变能和弹簧材料的应力的平方成正比，和弹性模量盘E成反比，和弹簧的几何尺寸无关。
模量低时，则弹簧的变形量和应变能大，但刚度小，提高材料中的应力就能迅速增大弹簧的应变能。
从表1-2可知，圆截面材料的螺旋拉伸或压缩弹簧的应变能比值与K值都比较高，说明材料的利用最好，因而这种弹簧的应用非常普及。
将材料单纯地拉伸或压缩，这种弹簧的材料利用率最高，但承载后变形量很小，利用这种方法制造弹簧就相当困难，实际上，环形弹簧就是利用近似的原理进行设什的。
除了增大应变能和提高材料的利用系数以外，
还必须从制造上是否方便，经济上是否合理加以考虑。