拉簧、 壓簧的設(shè)計(jì)方法
彈簧設(shè)計(jì)的任務(wù)是要確定彈簧絲直徑d、工作圈數(shù)n以及其它幾何尺寸，使得能滿足強(qiáng)度約束、剛度約束及穩(wěn)定性約束條件，進(jìn)一步地還要求相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)(如體積、重量、振動(dòng)穩(wěn)定性等)達(dá)到最好。
具體設(shè)計(jì)步驟為：先根據(jù)工作條件、要求等，試選彈簧材料、彈簧指數(shù)C。由于sb與d有關(guān)，所以往往還要事先假定彈簧絲的直徑d。接下來(lái)計(jì)算d、n的值及相應(yīng)的其它幾何尺寸，如果所得結(jié)果與設(shè)計(jì)條件不符合，以上過(guò)程要重復(fù)進(jìn)行。直到求得滿足所有約束條件的解即為本問(wèn)題的一個(gè)可行方案。實(shí)際問(wèn)題中，可行方案是不唯一的，往往需要從多個(gè)可行方案中求得較優(yōu)解。
例12-1設(shè)計(jì)一圓柱形螺旋壓縮彈簧，簧絲剖面為圓形。已知最小載荷Fmin=200N，最大載荷Fmax=500N，工作行程h=10mm，彈簧Ⅱ類工作，要求彈簧外徑不超過(guò)28mm，端部并緊磨平。
解：
試算(一)：
(1)選擇彈簧材料和許用應(yīng)力。選用C級(jí)碳素彈簧鋼絲。
根據(jù)外徑要求，初選C=7，由C=D2/d=(D-d)/d得d=3.5mm，由表1查得sb=1570MPa，由表2知：[t]=0.41sb=644MPa。
(2)計(jì)算彈簧絲直徑d
由式得K=1.21
由式得d≥4.1mm
由此可知，d=3.5mm的初算值不滿足強(qiáng)度約束條件，應(yīng)重新計(jì)算。
試算(二)：
(1)選擇彈簧材料同上。為取得較大的I>d值，選C=5.3。
仍由C=(D-d)/d，得d=4.4mm。
查表1得sb=1520MPa，由表2知[t]=0.41sb=623MPa。
(2)計(jì)算彈簧絲直徑d
由式得K=1.29
由式得d≥3.7mm。
可知：I>d=4.4mm滿足強(qiáng)度約束條件。
(3)計(jì)算有效工作圈數(shù)n
由圖1確定變形量λmax：λmax=16.7mm。
查表2，G=79000N/mm2，
由式得n=9.75
取n=10，考慮兩端各并緊一圈，則總?cè)?shù)n1=n+2=12。至此，得到了一個(gè)滿足強(qiáng)度與剛度約束條件的可行方案，但考慮進(jìn)一步減少?gòu)椈赏庑纬叽缗c重量，再次進(jìn)行試算。
試算(三)：
(1)仍選以上彈簧材料，取C=6，求得K=1.253，d=4mm，查表1，得sb=1520MPa，[t]=0.41sb=623MPa。
(2)計(jì)算彈簧絲直徑。得d≥3.91mm。知d=4mm滿足強(qiáng)度條件。
(3)計(jì)算有效工作圈數(shù)n。由試算(二)知，λmax=16.7mm，G=79000N/mm2
由式得n=6.11
取n=6.5圈，仍參考兩端各并緊一圈，n1=n+2=8.5。
這一計(jì)算結(jié)果即滿足強(qiáng)度與剛度約束條件，從外形尺寸和重量來(lái)看，又是一個(gè)較優(yōu)的解，可將這個(gè)解初步確定下來(lái)，以下再計(jì)算其它尺寸并作穩(wěn)定性校核。
(4)確定變形量λmax、λmin、λlim和實(shí)際最小載荷Fmin
彈簧的極限載荷為：
因?yàn)楣ぷ魅?shù)由6.11改為6.5，故彈簧的變形量和最小載荷也相應(yīng)有所變化。
由式得：
λmin=λmax－h(huán)=(17.77-10)mm=7.77mm
(5)求彈簧的節(jié)距p、自由高度H0、螺旋升角γ和簧絲展開長(zhǎng)度L
在Fmax作用下相鄰兩圈的間距δ≥0.1d=0.4mm，取δ=0.5mm，則無(wú)載荷作用下彈簧的節(jié)距為
p=d+λmax/n+δ1=(4+17.77/6.5+0.5)mm=7.23mm
p基本符合在(1/2～1/3)D2的規(guī)定范圍。
端面并緊磨平的彈簧自由高度為
取標(biāo)準(zhǔn)值H0=52mm。
無(wú)載荷作用下彈簧的螺旋升角為
基本滿足γ=5°～9°的范圍。
彈簧簧絲的展開長(zhǎng)度
(6)穩(wěn)定性計(jì)算
b=H0/D2=52/24=2.17
采用兩端固定支座，b=2.17<5.3，故不會(huì)失穩(wěn)。
(7)繪制彈簧特性線和零件工作圖。