Chapter20DesignofSprings讲解

Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsChapter 20 Design of SpringsPART Design of Elements and Parts in General Use机械设计机械设计机械设计机械设计Mechanical DesignMechanical DesignMechanical DesignMechanical Design1Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs20.1 Types and Functions of Springs 弹簧的类型及功用弹簧的类型及功用20.1.1 Classification of Springs 弹簧的分类弹簧的分类螺旋弹簧螺旋弹簧(helical spring)碟形弹簧碟形弹簧(coned-disk spring or Belleville spring)，环形弹簧环形弹簧(ring spring)板板 簧簧(plate or flat spring,cantilever悬悬 臂臂 spring or leaf spring)涡卷形弹簧涡卷形弹簧(spiral spring)按所承受载荷性质按所承受载荷性质拉伸弹簧拉伸弹簧(tension spring)压缩弹簧压缩弹簧(compression spring)扭转弹簧扭转弹簧(torsion spring)弯曲弹簧弯曲弹簧(bending spring)按弹簧形状按弹簧形状A spring is a flexible element used to exert a force or a torque and,at the same time,to store energy.2Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs表表20.1 金属弹簧的基本型式金属弹簧的基本型式3Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs4Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs5Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs6Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs7Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs8Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs9Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsHelical Helical SpringsSprings(螺螺旋旋弹弹簧簧)用用弹弹簧簧丝丝卷卷绕绕制制成成；制制造造简便，价格较低，易于检测和安装，应用最广。可以制成简便，价格较低，易于检测和安装，应用最广。可以制成螺旋拉伸弹簧螺旋拉伸弹簧(helical tension spring)螺旋压缩弹簧螺旋压缩弹簧(helical compression spring)螺旋扭转弹簧螺旋扭转弹簧(helical torsion spring)10Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsVariations of helical compression springs:Variations of helical compression springs:Constant pitch(cylindrical),Conical,Barrel,Hourglass,Variable pitchHelix DirectionHelix DirectionRight hand，Left hand ConicalConstant pitchBarrelHourglass11Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsShapes of Spring Wires(Shapes of Spring Wires(弹簧丝的形状弹簧丝的形状)round wire,rectangular wire12Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsConed-disk Coned-disk SpringsSprings（碟碟形形弹弹簧簧）可可以以承承受受很很大大的的冲冲击击载载荷荷，具具有有良良好好的的吸吸振振能能力力，常常用用作缓冲减振弹簧。作缓冲减振弹簧。在在载载荷荷相相当当大大和和弹弹簧簧轴轴向向尺尺寸寸受受限制的地方，可以采用碟形弹簧。限制的地方，可以采用碟形弹簧。13Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsRing Ring SpringsSprings(环环形形弹弹簧簧)是是目目前前减减振振缓缓冲冲能能力力最最强强的的弹弹簧簧，常常用用作作近近代代重重型型机机车车、锻锻压压设设备备和和飞飞机机起起落落装装置置中中的的缓冲零件。缓冲零件。14Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsSpiral Spiral SpringsSprings(涡涡卷卷形形弹弹簧簧)具具有有较较多多的的圈圈数数、变变形形较较大大、储储存存能能量量也也较较大大的的特特点点，多多用用于于压压紧紧及及仪仪表表、钟钟表表的动力装置。的动力装置。Flat Springs(板板簧簧)能能承承受受较较大大的的弯弯曲曲作作用用，常常用用于于受受载载方方向向尺尺寸寸有有限限制制而而变变形形量量又又较较大大的的场场合合。由由于于板板弹弹簧簧有有较较好好的的消消振振能能力力，所所以以在在汽汽车车、拖拖拉拉机机和和铁铁路路车车辆辆的的悬悬挂装置中均普遍使用这种弹簧。挂装置中均普遍使用这种弹簧。15Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs20.1.2 Functions of Springs 弹簧的功用弹簧的功用(1)控制机械的运动控制机械的运动(2)吸收振动和冲击能量吸收振动和冲击能量如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧；簧、离合器中的控制弹簧；如各种车辆中的减振弹簧及如各种车辆中的减振弹簧及各种缓冲器的弹簧等；各种缓冲器的弹簧等；16Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs(3)存储和释放能量存储和释放能量(4)测量力的大小测量力的大小例如钟表弹簧、枪栓弹簧等；例如钟表弹簧、枪栓弹簧等；如弹簧秤和测力器中的弹簧等。如弹簧秤和测力器中的弹簧等。定力矩扳手定力矩扳手测力矩扳手测力矩扳手17Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs20.2 Materials and Manufacture of Springs 弹簧的材料和制造弹簧的材料和制造材材料料要要求求除除应应满满足足具具有有较较高高的的强强度度极极限限和和屈屈服服极极限限外外，还还必必须须具具有有较较高高的的弹弹性性极极限限、疲疲劳劳极极限限、冲冲击击韧韧性性、塑塑性性和和良好的热处理工艺性等。良好的热处理工艺性等。主要弹簧材料及其使用性能主要弹簧材料及其使用性能表表20.2 许用应力与许用应力与许用应力与许用应力与 B B有关有关有关有关实实践践中中应应用用最最广广泛泛的的材材料料弹弹簧簧钢钢，其其品品种种又又有有碳碳素素弹弹簧簧钢钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。碳碳素素弹弹簧簧钢钢丝丝的的抗抗拉拉强强度度极极限限,B B表表20.3 与与与与弹弹弹弹簧簧簧簧丝丝丝丝直直直直径径径径d d有关有关有关有关 20.2.1 Spring Materials 弹簧材料弹簧材料18Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs71057057045534065Mn B、C、D级级206800.8 B(0.60.68)B0.5 B(0.380.45)B(0.30.38)B碳素弹簧钢丝碳素弹簧钢丝B、C、D级级钢钢丝丝类类弹簧弹簧类弹簧类弹簧类类弹簧弹簧类类弹簧弹簧类弹簧类弹簧弹性弹性模量模量E/GPa切变切变模量模量G/GPa许用弯曲应力许用弯曲应力 b/MPa许用切应力许用切应力 T/MPa代代 号号类类别别1)按按受受力力循循环环次次数数N不不同同，弹弹簧簧分分为为三三类类：类类N106；类类N=103105以以及受冲击载荷的场合；及受冲击载荷的场合；类类N8mm)。在在热热态态下下卷卷制制的的弹弹簧簧，卷卷成后成后必须进行淬火、中温回火必须进行淬火、中温回火等处理。等处理。23Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs弹弹簧簧的的疲疲劳劳强强度度与与抗抗冲冲击击强强度度在在很很大大的的程程度度上上取取决决于于弹弹簧簧的的表表面面状状况况，所所以以，弹弹簧簧丝丝(spring wire)表表面面必必须须光光洁洁，没没有有裂裂缝缝和和伤伤痕痕等等缺缺陷陷。表表面面脱脱碳碳会会严严重重影影响响材材料料的的疲疲劳劳强强度度和和抗抗冲冲击击性性能能，因因此此，脱脱碳碳层层深深度度和和其其他他表表面面缺缺陷陷都都须须在在验验收收弹簧的技术条件中详细规定。弹簧的技术条件中详细规定。对于重要的弹簧，还要进行工艺检验和冲击疲劳等试验。对于重要的弹簧，还要进行工艺检验和冲击疲劳等试验。24Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs为为提提高高弹弹簧簧的的承承载载能能力力，可可将将弹弹簧簧在在超超过过工工作作极极限限载载荷荷下下进进行行强强压压处处理理(受受载载648h)，以以便便在在簧簧丝丝内内产产生生塑塑性性变变形形和和有有益益的的残残余余应应力力，由由于于残残余余应应力力的的符符号号与与工工作作应应力力相相反反，因因而而弹弹簧簧在在工工作作时时的的最最大大应应力力比比未未经强压处理经强压处理的弹簧小。的弹簧小。一一般般经经过过一一次次强强压压处处理理的的弹弹簧簧可可提提高高其其承承载载能能力力约约25%；若若经经喷丸处理喷丸处理可提高可提高20%。须须注注意意，强强压压处处理理是是弹弹簧簧制制造造的的最最后后一一道道工工序序。为为了了保保持持有有益益的的残残余余应应力力，强强压压处处理理后后不不应应作作其其它它热热处处理理。而而且且经经强强压压处处理理的的弹弹簧簧也也不不宜宜工工作作在在较较高高温温度度（150450 C）、长长期期振动和有腐蚀性介质的场合。振动和有腐蚀性介质的场合。25Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs20.3 Working Principle of Springs 弹簧的工作原理弹簧的工作原理弹弹弹弹簧簧簧簧特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线(Load-deflection(Load-deflection Curve)Curve)表表征征弹弹簧簧载载荷荷与其变形之间关系的曲线与其变形之间关系的曲线受受受受压压压压或或或或受受受受拉拉拉拉的的的的弹弹弹弹簧簧簧簧载载荷荷指指压压力力或或拉拉力力，变变形形是是指指弹弹簧簧压压缩量或伸长量；缩量或伸长量；受扭转的弹簧受扭转的弹簧受扭转的弹簧受扭转的弹簧载荷是指扭矩，变形是指扭角。载荷是指扭矩，变形是指扭角。20.3.1 Characteristic Curve of a Spring 弹簧特性曲线弹簧特性曲线26Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs弹弹簧簧的的特特性性曲曲线线应应绘绘制制在在弹弹簧簧的的工工作作图图上上，作作为为检检验验与与试试验验的的依依据据之之一一。同同时时还还可可在在设设计计弹弹簧簧时时，利利用用特特性性曲曲线线进进行行载载荷与变形关系的分析。荷与变形关系的分析。按照结构型式不同，常见的弹簧特性曲线有四种。按照结构型式不同，常见的弹簧特性曲线有四种。27Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs20.3.2 Stiffness of Springs 弹簧刚度弹簧刚度弹弹簧簧刚刚度度(spring spring raterate,force/unit force/unit deflectiondeflection)是是指指使使弹弹簧簧产产生生单单位位变变形形的的载载荷荷，用用k和和kT分分别别表表示示拉拉(压压)弹弹簧簧的的刚度与扭转弹簧的刚度。刚度与扭转弹簧的刚度。对于拉压弹簧对于拉压弹簧 对于扭转弹簧对于扭转弹簧实际上弹簧刚度就是实际上弹簧刚度就是弹簧特性曲线弹簧特性曲线上某点的上某点的斜率斜率。28Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs直直线线型型弹弹簧簧刚刚度度为为一一常常数数。特特性性曲曲线线越越陡陡，弹弹簧簧刚刚度相应愈大，即弹簧愈硬；反之则愈软。度相应愈大，即弹簧愈硬；反之则愈软。刚刚度度渐渐增增型型弹弹簧簧随随变变形形量量的的增增大大其其刚刚度度越越大大。如如车车辆辆缓缓冲冲减减振振弹弹簧簧，希希望望在在车车辆辆重重载载与与轻轻载载时时，均均具具有有差差不不多多的的自自振振频频率率；且且在在最最大大或或冲冲击击载载荷荷作作用用时时，仍仍具具有有较较好好的的缓缓冲冲减减振振性性能能，故故多多使使用用弹弹簧簧特特性性曲曲线线具具有有该该型型曲线的走向。曲线的走向。29Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs弹弹簧簧可可以以按按刚刚度度分分为为定定刚刚度度弹弹簧簧（直直线线型型特特性性线线）和和变变刚刚度度弹弹簧簧（曲曲线线或或折折线线型型特特性性线线），受受动动载载荷荷或或冲冲击击载载荷荷作作用的弹簧往往设计成变刚度弹簧。用的弹簧往往设计成变刚度弹簧。刚刚度度渐渐减减型型弹弹簧簧刚刚度度随随变变形形的的增增大大而而越越小小。为为了了在在冲冲击击动动能能一一定定时时，获获得得较较小小冲冲击击力力，则则应应使使用用具具有有刚刚度度渐减型特性曲线的弹簧为宜。渐减型特性曲线的弹簧为宜。30Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs20.4 Design for Cylindrical Helical Compression and Tension Springs 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计20.4.1 Parameters and Geometric Dimensions of a Cylindrical Spring 圆柱弹簧的参数及几何尺寸圆柱弹簧的参数及几何尺寸 圆柱弹簧的主要尺寸圆柱弹簧的主要尺寸DD2dtH0D1 DD2dtH0D1 弹簧丝直径弹簧丝直径(wire dia.),d弹簧圈外径弹簧圈外径(outside dia.),D弹簧圈内径弹簧圈内径(inside dia.),D1弹簧圈中径弹簧圈中径(mean dia.),D2节距节距(pitch),t螺旋升角螺旋升角(pitch angle),自由长度自由长度(free length),H031Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs旋旋旋旋绕绕绕绕比比比比(或或称称弹弹弹弹簧簧簧簧指指指指数数数数spring spring indexindex),C=D2/d 是是最最重重要要的的参参数数之之一一。弹弹簧簧指指数数愈愈小小，其其刚刚度度愈愈大大，弹弹簧簧愈愈硬硬，弹弹簧簧内内外外侧侧的的应应力力相相差差愈愈大大，材材料料利利用用率率低低；反反之之弹弹簧簧愈愈软。常用弹簧指数的选取参见表软。常用弹簧指数的选取参见表20.4。弹簧丝直径弹簧丝直径d/mm0.20.40.511.12.22.567161840C7145125104104846弹簧的中径、内径和外径可用弹簧指数弹簧的中径、内径和外径可用弹簧指数C表示：表示：32Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsA variety of end treatments or A variety of end treatments or Types of endsTypes of endsCylindrical Helical Cylindrical Helical CompressionCompression Springs Springs(1)Plain ends coiled right-hand.Plain end,right hand.Both ends plain.The ends are the same as if a long spring had been cut into sections.33Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsPlain ends ground.A variety of end treatments or A variety of end treatments or Types of endsTypes of endsCylindrical Helical Cylindrical Helical CompressionCompression Springs SpringsBoth ends plain.The The end end coils coils are are deformed deformed to to a a zero-zero-degree helix angle.degree helix angle.The The end end coil coil is is collapsed collapsed against against the the adjacent coil(squared).adjacent coil(squared).Squared or closed ends,not ground.(端部并紧不磨平端部并紧不磨平)Both ends squared.34Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsSquared and ground ends.Squared and ground ends.Both ends squared and ground.The end turns are squared and then ground perpendicular to the helix axis.A variety of end treatments or A variety of end treatments or Types of endsTypes of endsCylindrical Helical Cylindrical Helical CompressionCompression Springs SpringsBoth ends plain.Closed and Closed and ground ends.ground ends.端部并紧磨平端部并紧磨平端部并紧磨平端部并紧磨平35Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs弹簧圈数弹簧圈数(number of coils)Cylindrical Helical Cylindrical Helical CompressionCompression Springs Springs弹弹簧簧两两端端与与弹弹簧簧座座相相接接触触的的部部分分，不不参参加加弹弹簧簧变变形形，其其端端端端部部部部应应应应垂垂垂垂直直直直于于于于弹弹弹弹簧簧簧簧轴线轴线轴线轴线。支承圈支承圈支承圈支承圈(bearing coils)(bearing coils)n n 死圈死圈死圈死圈(dead(dead turns)turns),inactive end coilsinactive end coils两两端端死死圈圈各各有有n n =3/4(0.75)3/4(0.75)5/4(1.25)5/4(1.25)圈圈圈圈，具具体体与与端端部形式有关，一般部形式有关，一般n n =(0.75(0.75，1 1，1.25)1.25)圈圈圈圈。36Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsCylindrical Helical Cylindrical Helical CompressionCompression Springs Springs两种常用端部形式两种常用端部形式GB 两端并紧并磨平两端并紧并磨平两端并紧并磨平两端并紧并磨平 (Both ends closed and ground)两端并紧不磨平两端并紧不磨平两端并紧不磨平两端并紧不磨平 (closed ends,not ground)重重要要场场合合应应采采用用并并紧紧磨磨平平端端。死死圈圈的的磨磨平平长长度应不小于度应不小于1/4圈，圈，末端厚度应末端厚度应末端厚度应末端厚度应 0.25d0.25d。37Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsCylindrical Helical Cylindrical Helical CompressionCompression Springs Springs弹簧工作圈数弹簧工作圈数n n 有效圈数有效圈数(number of active coils)为为了了保保证证弹弹簧簧具具有有稳稳定定的的性性能能，通通常常弹簧的有效圈数弹簧的有效圈数最少为最少为最少为最少为2 2圈圈圈圈。弹簧总圈数弹簧总圈数(total number of coils)n n0 0总圈数的总圈数的尾数尾数尾数尾数宜取宜取1/4、1/21/2或整圈数或整圈数或整圈数或整圈数。n n0 0与与n n、n n 间的关系间的关系与端部形式有关与端部形式有关 38Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsCylindrical Helical Cylindrical Helical CompressionCompression Springs SpringsDD2dtH0D1 弹簧节距弹簧节距(pitch)t t 按下式取按下式取 max弹簧的最大变形量；弹簧的最大变形量；最最大大变变形形时时相相邻邻两两弹弹簧簧丝丝间间的的最小距离，一般不小于最小距离，一般不小于0.1d。弹簧钢丝间距弹簧钢丝间距(coil clearance or space between adjacent coils)39Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsCylindrical Helical Cylindrical Helical CompressionCompression Springs SpringsDD2dtH0D1 弹簧的弹簧的自由长度自由长度自由长度自由长度(free lengthfree length)Both ends closed and ground两端并紧磨平两端并紧磨平Closed ends,not ground两端并紧不磨平两端并紧不磨平弹簧螺旋升角弹簧螺旋升角(pitch anglepitch angle)通常取通常取=59 弹簧丝材料的长度弹簧丝材料的长度弹簧丝材料的长度弹簧丝材料的长度(entire lengthentire length)40Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsCylindrical Helical Cylindrical Helical TensionTension Springs SpringsThe shape of the hooks or The shape of the hooks or end turnsend turns41Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsCylindrical Helical Cylindrical Helical TensionTension Springs SpringsThe shape of the hooks or The shape of the hooks or end turnsend turns42Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsDD2dtH0D1 n20时，一般圆整为整圈数；时，一般圆整为整圈数；nFcr，应应重重新新选选择择有有关关参参数数，改改变变b值值，提提高高Fcr的的大大小，使其大于小，使其大于Fmax之值，以保证弹簧的稳定性。之值，以保证弹簧的稳定性。若若受受结结构构限限制制而而不不能能改改变变参参数数时时，就就应应该该加加装装导导导导杆杆杆杆或或或或导导导导套套套套，以以免免弹弹簧簧受受载载时时产产生生侧侧向向弯弯曲曲。为为了了防防止止弹弹簧簧工工作作时时簧簧丝丝与与导导杆杆或或导导套套产产生生摩摩擦擦，导导导导杆杆杆杆或或或或导导导导套与簧丝间应留有间隙套与簧丝间应留有间隙套与簧丝间应留有间隙套与簧丝间应留有间隙。51Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs20.5 Fatigue Strength Checking Computation of Springs with Fluctuating Loads 受变载荷螺旋弹簧的疲劳强度验算受变载荷螺旋弹簧的疲劳强度验算1.对对于于循循环环次次数数较较多多、工工作作在在变变应应力力下下的的重重要要弹弹簧簧，还还应应该进一步对该进一步对疲劳强度疲劳强度疲劳强度疲劳强度进行验算。进行验算。2.如如果果变变应应力力的的循循循循环环环环次次次次数数数数N103，或或应应应应力力力力变变变变化化化化幅幅幅幅度度度度不不大大时时，应进行应进行静强度静强度静强度静强度验算。验算。3.如如果果上上述述两两种种情情况况不不能能明明确确区区分分时时，则则应应同同时时进进行行这这两两种强度的验算。种强度的验算。52Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsExample Example 20.120.1 设设计计一一圆圆柱柱螺螺旋旋压压缩缩弹弹簧簧。已已知知：弹弹簧簧外外径径D 15mm，工工作作时时最最大大载载荷荷为为220N，最最小小载载荷荷为为150N，要要求求弹弹簧簧工工作作行程为行程为5mm，类弹簧，两端固定支承。类弹簧，两端固定支承。(1)选择弹簧材料及许用应力选择弹簧材料及许用应力Solution因因本本弹弹簧簧在在一一般般载载荷荷下下工工作作，按按第第第第类类类类弹弹弹弹簧簧簧簧来来考考虑虑，选选择择C C级级级级碳碳碳碳素素素素弹弹弹弹簧簧簧簧钢钢钢钢丝丝丝丝。初初估估弹弹簧簧丝丝直直径径为为d=2.2d=2.2mm左左右右。查查表表20.2和表和表20.3可知，可知，T=0.5 B，B=1660MPa。71057057045534065Mn B、C、D级级206800.8 B(0.60.68)B0.5 B(0.380.45)B(0.30.38)B碳素弹簧钢丝碳素弹簧钢丝B、C、D级级钢钢丝丝类类弹簧弹簧类弹簧类弹簧类类弹簧弹簧类类弹簧弹簧类弹簧类弹簧弹性弹性模量模量E/GPa切变切变模量模量G/GPa许用弯曲应力许用弯曲应力 b/MPa许用切应力许用切应力 T/MPa代代 号号类类别别1810166014202.2DCB级别级别钢丝直径钢丝直径d/mm53Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs(2)计算弹簧丝直径计算弹簧丝直径 按表按表20.4选取选取C C=5.5=5.5 弹簧丝直径弹簧丝直径d/mm0.20.40.511.12.22.567161840C7145125104104846与初估弹簧丝直径相近，故取标准值与初估弹簧丝直径相近，故取标准值 d=2.2mm。符合题意要求。符合题意要求。54Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs(3)计算弹簧的有效工作圈数计算弹簧的有效工作圈数 查表查表20.2得得G=80000MPa 取弹簧工作圈取弹簧工作圈数为数为n n=10=10圈。圈。(4)验算载荷与变形验算载荷与变形 实际工作行程实际工作行程 55Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs表表20.2附注，附注，类弹簧类弹簧 lim1.12 T。取取(4)验算载荷与变形验算载荷与变形 计算极限载荷计算极限载荷 与之对应的变形量为与之对应的变形量为(5)计算弹簧其余几何尺寸计算弹簧其余几何尺寸 56Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs(5)计算弹簧其余几何尺寸计算弹簧其余几何尺寸 两端支承圈各取为两端支承圈各取为n n =1=1，即总圈数为，即总圈数为n n0 0=n+2n=1212两端并紧磨平两端并紧磨平(6)稳定性计算稳定性计算 满足稳定性要求满足稳定性要求(两端固定支承两端固定支承)。(7)绘制弹簧工作图绘制弹簧工作图 57Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsH0DdD2ttt/2tt/2t展开长度展开长度L旋向旋向右旋右旋有效圈数有效圈数10总圈数总圈数12尺寸公差尺寸公差形位公差形位公差表面粗糙度表面粗糙度技术要求技术要求热处理等热处理等 min max limFminFmaxFlim58Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of Springs本章学习要点本章学习要点本章学习要点本章学习要点1.弹簧的类型、结构特点及适用场合；弹簧的类型、结构特点及适用场合；2.弹簧参数及其对弹簧性能的影响；弹簧参数及其对弹簧性能的影响；3.圆柱螺旋圆柱螺旋压缩压缩弹簧设计的基本理论与方法。弹簧设计的基本理论与方法。59Chapter 20Chapter 20 Design of SpringsDesign of SpringsExercises(see p428p428 in Machine Design)20.120.1 一一类类圆圆柱柱压压缩缩螺螺旋旋弹弹簧簧，材材料料为为碳碳素素弹弹簧簧钢钢丝丝，中中径径D2=26.5mm，簧簧丝丝直直径径d=3.5mm，总总圈圈数数为为10圈圈，支支承承圈圈数数为为2圈圈，试试求求该该弹弹簧簧所所能能承承受受的最大工作载荷的最大工作载荷F2和相应的变形量和相应的变形量 2。注注表表20.3按按C级确定级确定 B60