彈簧設(shè)計規(guī)范(全)

1、彈簧設(shè)計規(guī)范薄一、彈簧的功能精彈簧是一種彈性元件，由于材料的彈性和彈簧的結(jié)構(gòu)特點，它具有多次重復(fù)地隨外栽荷的大小而做相應(yīng)的彈 性變形，卸載后立即恢復(fù)原狀的特性。很多機(jī)械正是利用彈簧的這一特點來滿足特殊要求的。其主要功能有：節(jié)、減振和緩沖，如車輛的懸掛彈簧，各種緩沖器和彈性聯(lián)軸器中的彈簧等。菽、測力，如測力器和彈簧秤的彈簧等。. I .,噩、儲存及輸出能量，如鐘表彈簧，槍栓彈簧，儀表和自動控制機(jī)構(gòu)上的原動彈簧等。I產(chǎn) i - ''妨、控制運(yùn)動，如控制彈簧門關(guān)閉的彈簧，離合器、制動器上的彈簧，控制內(nèi)燃機(jī)氣缸閥門開啟的彈簧等。羈二、彈簧的類型、特點和應(yīng)用飛氣 / ,1菽彈簧的分類方法

2、很多，按照所承受的載荷的不同，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等 四種；按照形狀的不同，彈簧可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、盤形彈簧和板彈簧等；按照使用材料的不 同，彈簧可分為金屬彈簧和非金屬彈簧。各種彈簧的特點、應(yīng)用見表 1。苗表1彈簧的基本類型、特點和作用膂名稱量彈簧簡圖盾特點及應(yīng)用蔻名 稱襖彈簧簡圖覆特點及應(yīng)用覆圓柱 形螺旋 彈簧J L , '_裊圖(a)承受拉力，圖(b) 承受壓力，結(jié)構(gòu)簡單， 制造方便，應(yīng)用最為廣 泛筮碟 形彈 簧敢承受壓力，緩沖及減振能 力強(qiáng)，常用于重型機(jī)械的緩 沖和減振裝置。蠶圓柱 形螺旋 扭轉(zhuǎn)彈 簧!-l , !1:' - 1

3、 !1 !黃承受轉(zhuǎn)矩，主要用于各 種裝置中的壓緊和蓄能肅環(huán) 形彈 簧展承受壓力，是目前最強(qiáng)的 壓縮、緩沖彈簧，常用于重 型設(shè)備，如機(jī)車車輛、鍛壓 設(shè)備和機(jī)械中的緩沖裝置。蠅圓錐 形螺旋 彈簧蝸承受壓力，結(jié)構(gòu)緊湊， 穩(wěn)定性好，防振能力較 強(qiáng)，多用于承受大載荷 和減振的場合蓬盤 簧聿承受轉(zhuǎn)矩，能儲存較大的 能量，常用作儀器、鐘表中 的彈簧。衿板彈 簧肇承受彎曲，變形大，吸 振能力強(qiáng)，主要用于汽 車、拖拉機(jī)和鐵路車輛 的懸掛裝置。范在一般機(jī)械中，最常用的是圓柱螺旋彈簧。故本章主要講述這類彈簧的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計理論和計算方法。膂三、彈簧使用的材料及其用途量彈簧鋼的的主要性能要求是高強(qiáng)度和高屈服極限和疲勞

4、極限，所以彈簧鋼材用較高的含碳量。但是碳素鋼的淬透性較差，所以在對于截面較大的彈簧必須使用合金鋼。合金彈簧鋼中的主要合金元素是硅和鎰，他們可以增強(qiáng)鋼的淬透性和屈強(qiáng)比。充彈簧材料使用最廣者是彈簧鋼（SUB 。碳素鋼用于直徑較小的彈簧，工藝多為冷拔成型，如： 65#, 75#,85#。直徑稍大，需用熱成型工藝生產(chǎn)的彈簧多采用60Si2Mn,如汽車板簧，鐵路車輛的緩沖簧。對于高應(yīng)力的重要彈簧可采用 50CrV,常用于高級轎車板簧，發(fā)動機(jī)氣門彈簧等。其他彈簧鋼材料還有：65Mn,50CrMn,30W4Cr2V箍a、碳鋼及合金鋼：制造彈簧時，常加矽、鎰、銘、鈕及鋁等金屬元素于鋼中，以增加彈簧之彈性及疲勞

5、限 度，且使其耐沖擊。袁b、大型彈簧多用熱作加工，即彈簧材料高溫軋成棒，再高溫加工成形后，淬火于780度850度左右之油或水中，再施以 400度500度的溫度回火。« c、小型彈簧，先經(jīng)退火，再用冷作加工，卷成后再經(jīng)硬化回火，如鋼絲、琴鋼絲或鋼帶。 I ., i 蛔d、琴鋼絲是屬高炭鋼材（0.650.95%）制造，雜質(zhì)少，直徑常小于1/4時經(jīng)過物化處理后在常溫抽成線，其機(jī)械性質(zhì)佳，抗拉強(qiáng)度及韌性大，為優(yōu)良的螺旋彈簧材料。 , I . *'蒂e、不銹鋼絲用于易受腐蝕處，承受高溫可用高速鋼及不銹鋼。'蝕f、油回火線含碳量 0.60.7%應(yīng)含鎰，0.61.0%常用于螺圈彈簧

6、。肇g、板彈簧常用0.91.0%之普通鋼，其較高級者則使用銘銳鋼及矽鎰鋼。肆 項 目索名 稱著JIS代 碼膈概略組成11蕨主要用途及特點著單價 級別蒂回火溫度羋熱后顏色薄1芍不 銹鋼 線范SUS302 和WPB芨C（碳）、Si（硅）、R/lc漆子、D/礎(chǔ)箍經(jīng)過冷加工可得高強(qiáng)度，鐵路 車輛、輸送機(jī)螺絲、螺帽、彈簧 等，耐熱、耐蝕。螂中量300°480°之 間（視線徑之大?。┎苊谆疑涟?色蒞SUS304 和WPBIS（硫）、Ni（銀）、 Cr（銘）、Mo（旬）蔻廣為使用于不銹鋼、耐熱鋼， 又用于食品設(shè)備，一般儀學(xué)設(shè) 備，原子力，耐熱耐蝕。建2碳 鋼線帔 SWCSWB 袂 C（

7、碳）、Si（硅）、 ，Mn（鎰）、P（磷）、S（硫）袁硬拉鋼線，用于耐蝕性差，要 求精度不高，鋼性較脆，成形后 要表面處理或加防銹油。副氐腿200°400°之 間（視線徑之大?。┓恋枭?、茶 色、青色、淡 藍(lán)色、褐色薄3蝸琴 鋼線充SWPASWIB建C（碳）、Si（硅）、>Mn（鎰）、P（磷）、 S（硫）、Cu（銅）菽耐疲勞性佳，要求精度高。一 般用于電池彈簧、開關(guān)彈簧等、 鋼性柔韌，成形后要表面處理或 加防銹油。蟆局嵋200°400°之 間（視線徑之大?。┗淄琒WPA SWPB前4袂皺 銅線滕 C1720W節(jié) Be（鉞）、Mn（鎰）、 Ni（銀）

8、、P（磷）Cu（銅）+Sn（錫 ）+P（磷）Ni（銀）+Co（ 鉆）賺耐蝕性佳，于時效硬化處理前， 富于展性時效硬化處理后，增加 耐疲勞性，導(dǎo)電性時效硬化處理 應(yīng)加工后，可制螺絲彈簧電刷， 通訊器具（表面鍍銀、金）。U特局150° 200°黃色5磷青 銅C5191WSn（錫）、Zn（冷）、 P（磷）耐疲勞性，耐蝕性、耐磨耗性佳， 可制螺絲彈簧、扭簧、扣鈕、扎 電機(jī)、通訊市場適用（鍍金、銀）。較高150° 200°黃色6其它如油回火線、白銅線及其它線材，不常用，適用于航天科技。鍍銀 線等同SWC+Ni常需特別制做，造價昂貴。彈簧常在變載荷和沖擊載荷作用下工

9、作，而且要求在受極大應(yīng)力的情況下，不產(chǎn)生塑性變形，因此要求彈簧材料具有較高的抗拉強(qiáng)度極限、彈性極限和疲勞強(qiáng)度極限，不易松弛。同時要求有較高的沖擊韌性，良好的熱處理性能等。常見的彈簧材料有優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼和銅合金。幾種主要彈簧材料的使用性能和許用應(yīng)力見表2。表2螺旋彈簧的常用材料和許用應(yīng)力材料許用應(yīng)力rMPa推薦使用溫 度/ c推薦硬度范圍特點及應(yīng)用類別牌號I類口類W類碳素彈簧 鋼絲B、O D 級0.3 b h0.4(/0.5，-40-120價廉易得，熱處理后強(qiáng)度較高，但尺 寸大了不易淬透，多用于制作小彈簧合金鋼絲60SiMn480640800-40-20045-50HRC1.彈性和回火穩(wěn)定性

10、好， 但易脫碳，適 用于制造受重載的大彈簧。50CrVA450600750-40-210有高的疲勞極限，彈性、淬透性和回 火穩(wěn)定性好，常用于制造受變載荷的 彈簧60SiCrVA57076095045-50強(qiáng)度高，彈性好，耐高溫，適用于承 受重載荷的彈簧不銹鋼絲4CrI3450600750-40-300|1耐腐蝕，耐高溫，適用于受腐蝕介質(zhì) 影響的彈簧青銅絲QSi3-1270360450-40-12048-53HRC耐腐蝕，防磁，適用于機(jī)械或儀表中QSn4-390-100100HRC的彈簧在選擇材料時，應(yīng)考慮彈簧的用途、重要性、工作條件（如載荷性質(zhì)、大小及循環(huán)特性，工作溫度和周圍介 質(zhì)，工作時間等

11、）、加工方法、熱處理和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素。如碳素彈簧鋼的價格低，強(qiáng)度高，性能好，廣泛用于受靜載荷和有限作用次數(shù)變載荷的小彈簧；合金鋼的強(qiáng)度高，彈性好，耐溫高，適用于尺寸較大及承受沖擊載 荷的彈簧；不銹鋼耐腐蝕、耐高溫，適用于在腐蝕性介質(zhì)中工作的彈簧；銅合金的耐腐和抗磁性好，但強(qiáng)度低， 適用于受力較小而又要求有耐腐蝕和防磁的彈簧。表3為優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼絲的尺寸系列和抗拉強(qiáng)度極限，供設(shè)計時參考。非金屬彈簧的材料主要是橡膠，另外還有塑料、軟木和空氣等。彈簧材料的許用應(yīng)力與材料種類、載荷性質(zhì)、熱處理方法、彈簧絲尺寸，彈簧的工作條件和重要程度有關(guān)， 彈簧的許用應(yīng)力按受變載荷循環(huán)次數(shù)的情況不同分三類（見表2）

12、;循環(huán)次數(shù)在106以上的重要彈簧（如內(nèi)燃機(jī)閥門彈簧和電磁閘瓦制動彈簧等）為I類；循環(huán)次數(shù)在103-10 6之間及受沖擊載荷的彈簧（如調(diào)速器彈簧和一般車輛彈簧等）為n類；循環(huán)次數(shù)在103以下的彈簧（如一般安全閥門彈簧和磨擦式安全離合器彈簧等）為出類。碳素彈簧鋼的強(qiáng)度高、性能好，供應(yīng)充足，應(yīng)用廣泛，適于制造彈簧絲直徑dw 13mm勺彈簧。按照用途分為三級：B級（d=0.08-10mm）用于低應(yīng)力彈簧； C級d = 0.08-10mm用于中等應(yīng)用彈簧； D級（d= 0.08-6.0mm ） 用于高應(yīng)力彈簧。碳素彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度極限bb見表3。表3 GB4357-89碳素彈簧鋼絲抗拉強(qiáng)度（GB/T1

13、239.6-92 ）單位：MPa鋼絲直徑 d/mm級 別鋼絲直徑 d/mm級 別B級C級D級B級C級D級1.001600196023004.51320152016201.21620191022505.01320147015701.41620186021505.51270147015701.61570181021106.01220142015201.81520176020106.31220142015202.01470171019107.011701370-2.21420166018108.011701370-2.51420166017609.011301320-2.81370162017101

14、0.011301320-3.013701570171011.01080127012703.213201570171012.01080127012703.513201570166013.01030122012204.0132015201620四、彈簧設(shè)計資料圮號名稱單位圮號名稱單位圮號名稱單位d材料直徑mmk彈簧定數(shù)kgf/mma1腕長(作動點)mmD彈簧平均在mmX莊力修止kgf/mma2晚長(固矩點)mmNa后雙圈數(shù)6艾量mmE彈性系數(shù)kgf/mmL自由長mmPi初張力kgfSUS19,000kgf/mmM密育長mm -2K應(yīng)力修止系數(shù)-SWP21,000kgf/mmG橫彈性系數(shù)kgf/mm

15、e彈簧指數(shù)D/d-kTd彈簧定數(shù)kgfmm/degSUS7000kgf/mm2L0目由長mma等曲反力kgf/mmSWPA B8000kgf/mm2a目由用P點作動點-SUWC(1)d使用的角(變量)P0點固定點-P彈簧荷重kgfR荷重作用半徑mmkb彎曲修正系數(shù)-壓縮弓簧(無研磨)壓縮弓簧(研磨)彈簧定數(shù)：K= (GX d4) / (8XD3XNa)彎曲應(yīng)力：° = (8 X DX P) / (兀 d3) X KK= (4C-1 ) / (4C-4) +0.615/C荷重：P=KX 8(安全確認(rèn))安全角(間隔角)：14度以下彈簧指數(shù)：413扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：容許限界以下第1荷重(A): 0

16、.8L以下第2荷重(B): 1.2M以上引張彈簧荷重：P=kS+Pi初張力：Pi=(兀 d40 / (800D2)彈簧定數(shù)：K= (Gd4) / (8D3Na)彎曲應(yīng)力：t = (8DP) / ( d d3) x k自由長：L0=d(N+1)+2.2(D-d)(安全確認(rèn))扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：容許限界以下彎曲應(yīng)力：容許限界以下初張力的減少：(最大引張時)扭力彈簧(臂長度的場合)彈簧定數(shù)不清：kTd= (Ed4) /3667D x N+389(a1+a2)荷重：P= (kTdx()d) /R彎曲應(yīng)力：b = (EdX(f)d) / (360DX N)(r= (32PXR) / (兀 d3) X kb(安全確

17、認(rèn))：kb= (4C2-C-1) /4C(C-1)彎曲應(yīng)力：容許限界以下4.1、 彈簧設(shè)計使用的基本公式4.1.2、 有初始張力的拉伸彈簧d恒 J恒8DP i/，+4.2、 設(shè)計彈簧時應(yīng)考慮的因素G材料符號G (N/mmi)彈簧鋼SUP6,7,8,9,9A,10,11A,12,1378x103碳鋼絲SW-B,SW-C78x103琴鋼絲SWPA,SWPB78x103油回火鋼絲SWO,SWO-V,SWOC aWOSC-V,SWOSM,SWOSC-B78x103不銹鋼絲SUS302,SUS304,SUS304N1,SUS31669x103SUS631J174x103壓縮彈簧分別表示螺旋兩端的端部磨平

18、圈數(shù)圖a-c中閉口型，Xi=X2=1圖 d-f 中開口型，Xi=X2=0.75拉伸彈簧：Na=N（a）閉口端（無磨削）（b）閉口端（磨削）（c）閉口端（錐形）（d）開口端（無磨削）（e）開口端（磨削）（f）開口端（錐形）（g）開口端3/4端部磨平圈（無磨削）（h）正切尾端（無磨削）（i）抽頭尾端（無磨削）相對于彈簧指數(shù)c的應(yīng)力修正系數(shù)取決于下式或圖、彈簧指數(shù)c：彈簧指數(shù)減小會導(dǎo)致局部應(yīng)力過大。另外，彈簧指數(shù)較大或較小時，加工性也成問題。因此，熱軋成型時，彈簧指數(shù)可在415的范圍內(nèi)選擇。冷軋成形時，彈簧指數(shù)可在422的范圍內(nèi)選擇。、縱橫比：為了確保有效圈數(shù)，壓縮彈簧的縱橫比（自由高度與螺旋平均直

19、徑之比）可設(shè)定為0.8以上,另外，在考慮到端部磨平圈的情況下，一般可在0.84范圍內(nèi)選擇。、有效圈數(shù)：如果有效圈數(shù)為3以下，彈簧特性則會變得不穩(wěn)定，因此應(yīng)將彈簧指數(shù)設(shè)定為3以上。、節(jié)距：節(jié)距超過 0.5D時，由于螺旋直徑通常會隨著繞曲量（負(fù)載）的增加而發(fā)生變化，需要對利用基本公式求出的繞曲量與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力進(jìn)行修正，因此應(yīng)將節(jié)距設(shè)定為0.5D以下。五、彈簧電鍍相關(guān)資料NO表面處理簡單工藝介紹鍍后顏色用途鍍層厚度鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)1鍍金（Au）原油酸洗銀1氐鍍 金一烘干金色降低接觸電阻，的增 耗，保真效果。0.040.06 g m蹲1.21.5 a m厚24H以上2鍍銘（Cr）除油-酸洗-打銅底 2次（堿銅、酸銅）銀底 鍍銘-烘干天藍(lán)色硬度身，耐