圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算
圆柱螺旋压缩弹簧计算
圆柱螺旋压缩弹簧计算
一、螺旋弹簧
1、什么是螺旋弹簧
螺旋弹簧是一种非常常见的弹簧装置，由一根圆柱形螺旋卷筒和一根
螺旋杆组成。
它可以在圆柱形螺旋卷筒内盘绕螺旋卷筒的外部螺旋杆，形
成一种紧凑的压缩弹簧，具有优良的弹性性能。
2、有什么作用
螺旋弹簧用于缓冲和支撑，它由一小根金属圆柱状螺旋组成，具有优
良的弹性性能，可以抗震，分散压力，减少振动，降低噪声，是广泛应用
于航天，医疗，机械，汽车，石油，能源，玩具，电子等行业的理想产品。
3、如何计算
（1）确定载荷：载荷是指在伸长或压缩时的弹簧所受的最大负荷。
（2）确定伸长：伸长是指弹簧伸长或变形的距离。
（3）确定螺旋弹簧尺寸：螺旋弹簧的外径和层数将根据载荷和伸长
来确定，而螺旋弹簧的任何变形都将影响其尺寸。
（4）确定弹簧材料：根据螺旋弹簧在应用中的工作环境，从材料的
质量、硬度、耐腐蚀性和覆盖层等方面来选择弹簧材料。
二、圆柱螺旋压缩弹簧
1、什么是圆柱螺旋压缩弹簧。
弹簧螺旋角计算公式
弹簧螺旋角计算公式弹簧螺旋角是在弹簧设计和制造中一个非常重要的参数。
它的计算对于确保弹簧能够正常工作，满足特定的性能要求具有关键意义。
咱们先来说说弹簧螺旋角到底是啥。
想象一下一个弹簧，就像咱们常见的那种压缩弹簧或者拉伸弹簧，它一圈一圈绕起来的那个角度，就是螺旋角啦。
这个角度的大小会影响弹簧的很多性能，比如它的弹性、承载能力等等。
那怎么计算这个螺旋角呢？一般来说，我们可以用下面这个公式：tanα = p / (πd)这里的α就是螺旋角，p 是弹簧的螺距，d 是弹簧的中径。
可能有人会问，啥是螺距？啥又是中径？别着急，咱们一个一个来解释。
螺距呢，就是弹簧相邻两圈对应点之间的轴向距离。
比如说，你拿一个弹簧，从这一圈的某个点，到相邻的下一圈的对应点，这之间的距离就是螺距。
中径呢，就是弹簧钢丝中心线所在圆柱的直径。
我给您举个例子哈。
比如说有一个弹簧，它的螺距是 10 毫米，中径是 50 毫米。
那咱们来算算它的螺旋角。
tanα = 10 / (π×50) ，算出来之后，再用反正切函数就可以求出螺旋角α啦。
在实际的工程应用中，弹簧螺旋角的计算可不是这么简单就完事儿的。
还得考虑很多其他的因素，比如说材料的特性、工作环境的要求等等。
我记得有一次，我们工厂要生产一批特殊规格的弹簧，用于一种新型的机械设备。
客户对弹簧的性能要求特别高，其中就包括对螺旋角的精确控制。
我们的工程师们可真是费了好大的劲儿，反复计算、试验，不断调整参数，就为了能让弹簧达到最佳的性能。
那几天，整个车间都弥漫着紧张的气氛。
大家都知道，这批弹簧要是做不好，不仅影响订单，还可能影响咱们厂的声誉。
最后，经过大家的努力，终于算出了合适的螺旋角，生产出了让客户满意的弹簧。
所以说啊，别看这小小的弹簧螺旋角，里面的学问可大着呢！它需要我们仔细计算，精心设计，才能让弹簧发挥出最好的作用。
总之，弹簧螺旋角的计算公式虽然看起来不复杂，但要真正运用好，还得结合实际情况，综合考虑各种因素。
压簧设计计算
实测P-13安全阀打开数据： 0.73 0.74 0.86 0.78 0.8 0.76 0.8 0.72 0.7 0.82 0.8 0.78 0.78 0.78 0.8 0.75 0.77 0.8 0.8 0.8 0.78 0.84 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
0.74 0.82
计
最小力与最大力。
圆柱螺旋压缩弹簧设计
一、工作参数： 最大工作负荷Pn= 4N 最小工作负荷P1= 3.8 N 弹簧在阀腔内安装高度h= 8.6 mm 由最小工作负荷P1到最大工作负荷Pn时，可调的工作行程h= 0.3 mm 说明：工作行程h即是安全阀打开区间F1--Fn之间的行程。F1--Fn为安全阀打开的最小力与最大力。 二、选材： 不锈钢： Ni42CrTi 计算时按Ⅱ类弹簧考虑。 查表11-1-2,得： [τ p]= 412 Mpa= 412 N/mm2 G= 61 Gpa= 61000 N/mm2 *通过P-13安全阀弹簧实际测量计算，G调整取：61，理论值为：65.6 三、查表6-1,初选旋绕比C= 6 曲度系数K=(4*C-1)/(4*C-4)+(0.615/C)= 1.25 四、计算簧丝直径： d≥1.6*(((Pn*K*C)/[τ p])^(1/2))= 0.432 mm 调整取d= 0.4 mm 五、中径： 内径= 2.6 mm 外径= D2=C*d= 2.4 mm 调整取D2= 3 mm 六、工作圈数： 初算最大工作负荷下的变形Fn'=Pn/P''= 6 mm 初算n'=(G*d^4*Fn')/(8*Pn*D2^3)= 10.8 圈 七、有关几何参数： 初算节距t=d+(Fn/n)= 1 mm，一般取t=(D/3~D/2) 端部并紧不磨平，取支承圈n2= 1圈 调整取n= 调整取t= 10.5 mm 1.23 mm
圆柱螺旋弹簧设计计算
圆柱螺旋弹簧设计计算
圆柱螺旋弹簧设计计算：
1. 理论背景：
a) 圆柱螺旋弹簧的原理：圆柱螺旋弹簧，也叫圆柱形螺旋弹簧，是由一组相互
交错的螺旋体和螺母组成的。
当加载时，弹簧体得到延伸，而螺母围绕弹簧体旋转，除把压缩和拉伸联结在一起发挥缓冲作用外，还具有润滑作用。
b) 圆柱螺旋弹簧设计原则：圆柱螺旋弹簧的设计应遵循计算公式、材料要求、
可行性等原则。
计算公式需要仔细考虑，其结果取决于弹簧的存在位置，构造形状和材料等因素，都受常规制造工艺条件的制约。
2. 设计流程：
a) 需求确定：确定所使用的圆柱螺旋弹簧的类型、材料、构造形状、尺寸和其
他设计要求。
b) 计算设计：根据设计要求和原则，运用有关计算公式，计算出所需弹簧的中
心周长和绕线转折处周长等参数。
c) 设计校核：根据实际使用情况及要求，综合分析由计算设计结果确定的弹簧
尺寸，进行结构安全性分析和性能验证，设计完善。
3. 成品检测：
a) 符合要求：圆柱螺旋弹簧成品检查，校验其各尺寸参数是否符合要求，确保
图纸尺寸的准确性。
b) 功能测试：检查弹簧的功能是否正常，测试弹簧的位移、压缩、伸出和伸长
量是否符合要求。
c) 耐久性测试：测试圆柱螺旋弹簧的耐久性，检测其在一定环境条件下的使用
寿命和安全性。
4. 总结：
圆柱螺旋弹簧的设计计算是一个复杂的过程，在设计计算前要确定需求，根据
设计原则完成计算设计流程，确保设计质量，对成品进行检测，及时发现存在的质量问题，提高质量水平。
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
圆柱螺旋弹簧设计计算表
圆柱螺旋弹簧设计计算表
4 - 16
外径Demax. 350 mm工作线圈数nmin. 3比
率b/h1:5 - 5:1自由长度L0max. 1500 mm长细
比L0/D1 - 15间距p(0.2 - 0.4) D - 无预压弹簧
弹簧收尾设计
.
A =半圈
B = 整圈
C = 侧面整圈
D =双扭曲整圈
E = 侧面双扭曲整圈
F = 内部整圈
G =. 提高的挂勾H = 侧面提高的挂勾L = 锥形旋转小圈收尾I = 小圈J = 侧面小圈K = 倾斜的整圈
M = 锥形旋转螺栓收尾N = 螺丝状收尾O = 螺丝状束缚收尾
拉伸弹簧通常使用几种不同高度和特性的挂钩来固定（A..J）。
从技术角度讲，固定挂钩是最好的解决方案，但是，这也带来弹簧负载的一些确定问题。
弹簧负载带给挂钩集中的负载应力，该负载应力可能明显地高于弹簧线圈所计算的应力。
针对在挂钩中产生的弯曲应力，小圈（类别 I, J）或双圈（类别 D, E）是最佳方案。
针对由线变成线圈所产生的集中的扭转应力，侧边整圈（类别 C,E,I）是最佳方案。
对于挂钩的独立设计，以下挂钩高度值指定如下：
热成型弹簧，方形线圈弹簧以及循环负载弹簧通常无弹簧卡钩使用(M..O. design)。
无固定挂钩弹簧使用边缘线圈固定，弹簧功能变形中线圈间距不会变化。
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。
圆柱螺旋压缩弹簧计算全过程—Richard Deng
γ
判断
弹簧稳定性校核
弹簧的高径比b
Mpa
τ2=K*(8DF2/πd^3）
γ=τ1/τ2
τ1/Rm
0.2
τ2/Rm
查阅图1 若点（0.2,0.4）在γ=0.5和10^7作用线的交 点以下表明弹簧的疲劳寿命N＞10^7次，反之不然
b=H0/D 一端固定一端回转：b≤2.6
自振频率fe
Hz
fe=3.56d/nD^2*√(G/ρ)
C=D/d 推荐值范围参照表7
K=4C-1/4C-4+0.615/C
mm
调整后必须满足 d≥（8KFD/π[τ]）^1/3
弹簧中径D
mm由上Biblioteka 1所得弹簧线径dmm
弹簧直径
弹簧外径D2
mm
由上表1所得 D2=D+d
弹簧内径D1
mm
D1=D-d
所需刚度F'
N/mm
由上表1决定
弹簧所需刚度和圈数 有效圈数n
24.5454545
簧外径≤34.8mm
34.8
据F2确定
4.1
VDCrSi
78500
5*10^-6
0.00000785
d决定 附录F =F1/F2
1810 表2
0.5
环次数）交点的纵坐标大致为 0.41
1（上值）
0.41 742.1
D=D2-d-0.3(公差) 荐值范围参照表7
C-4+0.615/C ≥（8KFD/π[τ]）^1/3
压并时负荷Fb
N
试验负荷和试验负荷
下的高度和变形量
实际试验负荷Fs
N
Fb=F'*fb 如果Fs＞Fb则Fs取Fb值，否则取原值
弹簧线长度计算公式
弹簧线长度计算公式一、弹簧线长度计算的基本原理。
1. 螺旋弹簧。
- 对于圆柱螺旋弹簧，其线长度（展开长度）计算基于螺旋线的几何形状。
- 假设圆柱螺旋弹簧的中径为D（弹簧外径减去钢丝直径），节距为t，有效圈数为n。
- 弹簧一圈的展开长度可以根据圆周长公式l = π D（这里D为弹簧中径）。
- 那么弹簧的总长度L=π Dn+钩部展开长度（如果有钩部的话）。
- 如果考虑两端并紧磨平，一般并紧圈数为n_1（通常取n_1 = 1.5 - 2.5圈），此时弹簧总长度L=π D(n + n_1)+钩部展开长度。
- 对于节距t，在计算总长度时，如果没有特殊说明，当考虑弹簧的压缩或拉伸行程时，在有效圈数n的范围内，总长度还可以表示为L=(n - 1)t+2d+钩部展开长度（d为弹簧丝直径）。
2. 圆锥螺旋弹簧。
- 圆锥螺旋弹簧的中径是变化的。
设圆锥弹簧的大端中径为D_1，小端中径为D_2，节距为t，有效圈数为n。
- 其一圈的平均展开长度l=π(D_1 + D_2)/(2)。
- 则弹簧的总长度L=π(D_1 + D_2)/(2)n+钩部展开长度（如果有钩部）。
二、实际应用中的注意事项。
1. 材料特性影响。
- 在计算弹簧线长度时，有时需要考虑材料的弹性变形等因素。
例如，当弹簧受到较大的拉力或压力时，其实际长度会发生变化，在精确计算时需要根据材料的弹性模量等参数进行修正。
2. 制造工艺的影响。
- 实际制造过程中，弹簧的绕制工艺可能会导致一定的误差。
如在绕制过程中钢丝的拉伸、弯曲半径的微小变化等，这些因素在高精度要求的弹簧线长度计算中需要考虑。
在设计时，可以根据制造工艺的精度等级，预留一定的长度余量。
弹簧力度计算公式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
圆柱螺旋扭转弹簧扭力计算公式: 扭簧旋转后扭矩为(n*mm) T'=扭转力度(n*mm/°) E=弹性模量(MPa) D=中径(mm) d=线径(mm) n=有效圈数 旋转角度(°) 力臂长度(mm) 0.1510 0.0674 193000 3.6 0.35 3.25 30.0° 13.4
圆柱螺旋拉伸弹簧拉力计算公式 拉力F (N) 切变模量G (MPa) 弹簧中径D (mm) 弹簧线径d (mm) 变形量f (mm) 工作圈数n 初应力τ o (MPa) 旋绕比 2.85 78800 1.25 0.25 2.18 17 95 5
拉力f扭簧旋转后扭矩为nmm拉力f切变模量gmpat?扭转力度nmm切变模量gmpa弹簧中径dmme弹性模量mpa弹簧中径dmm弹簧线径dmmd中径mm弹簧线径dmm变形量fmmd线径mm变形量fmm工作圈数nn有效圈数工作圈数n旋转角度初应力ompa力臂长度mm
圆柱螺旋压缩弹簧压力计算公式 拉力F (N) 切变模量G (MPa) 弹簧中径D (mm) 弹簧线径d (mm) 变形量f (mm) 工作圈数n 4.02 71500 4.058 0.45 11 15
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圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算(一)几何参数计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：外径D、中径D2、内径D1、节距p、螺旋升角α及弹簧丝直径d。
由下图圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数图可知，它们的关系为：式中弹簧的螺旋升角α，对圆柱螺旋压缩弹簧一般应在5°～9°范围内选取。
弹簧的旋向可以是右旋或左旋，但无特殊要求时，一般都用右旋。
圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸计算公式见表([color=#0000ff 普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式)。
普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式参数名称及代号计算公式备注压缩弹簧拉伸弹簧中径D2D2=Cd 按普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列表取标准值内径D1D1=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/D2b在1～5.3的范围内选取自由高度或长度H0H0≈pn+(1.5～2)d（两端并紧，磨平）H0≈pn+(3～3.5)d（两端并紧，不磨H0=nd+钩环轴向长度平）工作高度或长度H1,H2,…,H nH n=H0-λn H n=H0+λnλn--工作变形量有效圈数n根据要求变形量按式（16-11）计算n≥2总圈数n1n1=n+(2～2.5)（冷卷）n1=n+(1.5～2)（YII型热卷）n1=n拉伸弹簧n1尾数为1/4,1/2,3/4整圈。
推荐用1/2圈节距p p=(0.28～0.5)D2p=d轴向间距δδ=p-d展开长度L L=πD2n1/cosαL≈πD2n+钩环展开长度螺旋角αα=arct g(p/πD2) 对压缩螺旋弹簧，推荐α=5°～9°质量m sm s=γ为材料的密度，对各种钢，γ=7700kg/；对铍青(二)特性曲线弹簧应具有经久不变的弹性，且不允许产生永久变形。
因此在设计弹簧时，务必使其工作应力在弹性极限范围内。
在这个范围内工作的压缩弹簧，当承受轴向载荷P时，弹簧将产生相应的弹性变形，如右图a所示。
为了表示弹簧的载荷与变形的关系，取纵坐标表示弹簧承受的载荷，横坐标表示弹簧的变形，通常载荷和变形成直线关系(右图b)。
这种表示载荷与变形的关系的曲线称为弹簧的特性曲线。
对拉伸弹簧，如图<圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线>所示，图b为无预应力的拉伸弹簧的特性曲线；图c为有预应力的拉伸弹簧的特性曲线。
右图a中的H0是压缩弹簧在没有承受外力时的自由长度。
弹簧在安装时，通常预加一个压力F min，使它可靠地稳定在安装位置上。
F min称为弹簧的最小载荷(安装载荷)。
在它的作用下，弹簧的长度被压缩到H1其压缩变形量为λmin。
F max为弹簧承受的最大工作载荷。
在F max作用下，弹簧长度减到H2，其压缩变形量增到λmax。
λmax与λmin的差即为弹簧的工作行程圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线h,h=λmax-λmin。
F lim为弹簧的极限载荷。
在该力的作用下，弹簧丝内的应力达到了材料的弹性极限。
与F lim对应的弹簧长度为H3，压缩变形量为λlim。
等节距的圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线为一直线，亦即压缩弹簧的最小工作载荷通常取为F min=(0.1～0.5)F max；但对有预应力的拉伸弹簧(图<圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线>)，F min>F0，F0为使只有预应力的拉伸弹簧开始变形时所需的初拉力。
弹簧的最大工作载荷F max，由弹簧在机构中的工作条件决定。
但不应到达它的极限载圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线荷，通常应保持F max≤0.8F lim。
弹簧的特性曲线应绘在弹簧工作图中，作为检验和试验时的依据之一。
此外，在设计弹簧时，利用特性曲线分析受载与变形的关系也较方便。
<B>(三) 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载时的应力及变形圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的受力情况是完全一样的。
现就下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析>所示的圆形截面弹簧丝的压缩弹簧承受轴向载荷P的情况进行分析。
由图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析a>(图中弹簧下部断去，末示出)可知，由于弹簧丝具有升角α，故在通过弹簧轴线的截面上，弹簧丝的截面A-A呈椭圆形，该截面上作用着力F及扭矩。
因而在弹簧丝的法向截面B-B上则作用有横向力Fcosα、轴向力Fsinα、弯矩M=Tsinα及扭矩Tˊ= T cosα。
由于弹簧的螺旋升角一般取为α=5°～9°，故sinα≈0；cosα≈1(下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析b>)，则截面B-B上的应力(下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析c>)可近似地取为式中C=D2/d称为旋绕比(或弹簧指数)。
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值又不应太小。
C值的范围为4～16(表<常用旋绕比C值>), 常用值为5～8。
圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析常用旋绕比C 值d(mm)0.2～0.40.45～11.1～2.22.5～67～1618～42C=D 2/d7～145～125～104～94～84～6为了简化计算，通常在上式中取1+2C ≈2C (因为当C =4～16时，2C >>l ，实质上即为略去了 τp)，由于弹簧丝升角和曲率的影响，弹簧丝截面中的应力分布将如图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析>c 中的粗实线所示。
由图可知，最大应力产生在弹簧丝截面内侧的m 点。
实践证明，弹簧的破坏也大多由这点开始。
为了考虑弹簧丝的升角和曲率对弹簧丝中应力的影响，现引进一个补偿系数K (或称曲度系数)，则弹簧丝内侧的最大应力及强度条件可表示为式中补偿系数K ，对于圆截面弹簧丝可按下式计算：圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载后的轴向变形量λ可根据材料力学关于圆柱螺旋弹簧变形量的公式求得:式中：n —弹簧的有效圈数；G—弹簧材料的切变模量，见前一节表<弹簧常用材料及其许用应力>。
如以P max代替P则最大轴向变形量为：1) 对于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧：2）对于有预应力的拉伸弹簧：拉伸弹簧的初拉力(或初应力)取决于材料、弹簧丝直径、弹簧旋绕比和加工方法。
用不需淬火的弹簧钢丝制成的拉伸弹簧，均有一定的初拉力。
如不需要初拉力时，各圈间应有间隙。
经淬火的弹簧，没有初拉力。
当选取初拉力时，推荐初应力τ0'值在下图的阴影区内选取。
初拉力按下式计算：使弹簧产生单位变形所需的载荷k p称为弹簧刚度，即弹簧初应力的选择范围弹簧刚度是表征弹簧性能的主要参数之一。
它表示使弹簧产生单位变形时所需的力，刚度愈大，需要的力愈大，则弹簧的弹力就愈大。
但影响弹簧刚度的因素很多，由于k p与C的三次方成反比，即C值对k p的影响很大。
所以，合理地选择C值就能控制弹簧的弹力。
另外，k p还和G、d、n有关。
在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。
</B>（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计弹簧的静载荷是指载荷不随时间变化，或虽有变化但变化平稳，且总的重复次数不超过次的交变载荷或脉动载荷而言。
在这些情况下，弹簧是按静载强度来设计的。
在设计时，通常是根据弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求(例如安装空间对弹簧尺寸的限制)等来决定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。
具体设计方法和步骤如下:1) 根据工作情况及具体条件选定材料，并查取其机械性能数据。
2) 选择旋绕比C，通常可取C≈5～8(极限状态时不小于4或超过16)，并算出补偿系数K值。
3) 根据安装空间初设弹簧中径D2，乃根据C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力。
4) 试算弹簧丝直径d '必须注意，钢丝的许用应力决定于其σB，而σB是随着钢丝的直径变化的,又因[τ]是按估取的d值查得σB的H计算得来的，所以此时试算所得的d '值，必须与原来估取的d值相比较，如果两者相等或很接近，即可按标准圆整为邻近的标准弹簧钢丝直径d，并按D2=Cd以求出；如果两者相差较大，则应参考计算结果重估d值，再查其而计算[τ]，代入上式进行试算，直至满意后才能计算D2.计算出的D2，值也要按表<普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列>进行圆整。
5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数：对于有预应力的拉伸弹簧对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧6) 求出弹簧的尺寸D、D1、H0,并检查其是否符合安装要求等。
如不符合，则应改选有关参数(例如C值)重新设计。
7) 验算稳定性。
对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性(如下图a)，这在工作中是不允许的。
为了便于制造及避免失稳现象，建议一般压缩弹簧的长细比b=H0/D2按下列情况选取：当两端固定时，取b<5.3；当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；当两端自由转动时，取b<2.6。
压缩弹簧失稳及对策当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足Fc=C u k p H0>F max式中：F c——稳定时的临界载荷；C u——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；F max——弹簧的最大工作载荷。
如F max>F c时，要重新选取参数，改变b值，提高F c值，使其大于F max值，以保证弹簧的稳定性。
如条件受到限制而不能改变参数时，则应加装导杆(如上图b)或导套(如上图c)。
导杆(导套)与弹簧间的间隙c值(直径差)按下表(导杆（导套）与弹簧间的间隙表)的规定选取。
不稳定系数线图导杆（导套）与弹簧间的间隙中径D2/(mm) ≤5>5～10>10～18>18～30>30～50>50～80>80～120>120～150间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 78) 进行弹簧的结构设计。
如对拉伸弹簧确定其钩环类型等，并按表<普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式>计算出全部有关尺寸。
9) 绘制弹簧工作图。
例题设计一普通圆柱螺旋拉伸弹簧。
已知该弹簧在-定载荷条件下工作，并要求中径D2≈18mm，外径D≤22mm。
当弹簧拉伸变形量λ1=7.5mm时，拉力P1=180N，拉伸变形量λ2=17mm时，拉力P2=340N。
[解]1．根据工作条件选择材料并确定其许用应力因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第Ⅲ类弹簧考虑。
现选用Ⅲ组碳素弹簧钢丝。
并根据D-D2≤22-18 mm=4 mm，估取弹簧钢丝直径为3.0mm。
由表<弹簧钢丝的拉伸强度极限>暂选σB=1275MPa，则根据表16-2可知[τ]＝0.5σB＝0.5×1275 MPa＝637.5 MPa。