彈簧設計規(guī)范(全)

1、彈簧設計規(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構特點，它具有多次重復地隨外栽荷的大小而做相應的彈 性變形，卸載后立即恢復原狀的特性。很多機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，儀表和自動控制機構上的原動彈簧等。I產 i - ''妨、控制運動，如控制彈簧門關閉的彈簧，離合器、制動器上的彈簧，控制內燃機氣缸閥門開啟的彈簧等。羈二、彈簧的類型、特點和應用飛氣 / ,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用蔻名 稱襖彈簧簡圖覆特點及應用覆圓柱 形螺旋 彈簧J L , '_裊圖(a)承受拉力，圖(b) 承受壓力，結構簡單， 制造方便，應用最為廣 泛筮碟 形彈 簧敢承受壓力，緩沖及減振能 力強，常用于重型機械的緩 沖和減振裝置。蠶圓柱 形螺旋 扭轉彈 簧!-l , !1:' - 1

3、 !1 !黃承受轉矩，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，是目前最強的 壓縮、緩沖彈簧，常用于重 型設備，如機車車輛、鍛壓 設備和機械中的緩沖裝置。蠅圓錐 形螺旋 彈簧蝸承受壓力，結構緊湊， 穩(wěn)定性好，防振能力較 強，多用于承受大載荷 和減振的場合蓬盤 簧聿承受轉矩，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，主要用于汽 車、拖拉機和鐵路車輛 的懸掛裝置。范在一般機械中，最常用的是圓柱螺旋彈簧。故本章主要講述這類彈簧的結構形式、設計理論和計算方法。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，他們可以增強鋼的淬透性和屈強比。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的彈簧多采用60Si2Mn,如汽車板簧，鐵路車輛的緩沖簧。對于高應力的重要彈簧可采用 50CrV,常用于高級轎車板簧，發(fā)動機氣門彈簧等。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，先經退火，再用冷作加工，卷成后再經硬化回火，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，雜質少，直徑常小于1/4時經過物化處理后在常溫抽成線，其機械性質佳，抗拉強度及韌性大，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/礎箍經過冷加工可得高強度，鐵路 車輛、輸送機螺絲、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， 又用于食品設備，一般儀學設 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（視線徑之大小）妨淡茶色、茶 色、青色、淡 藍色、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（視線徑之大小）蛔同SWPA 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，導電性時效硬化處理 應加工后，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、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力的情況下，不產生塑性變形，因此要求彈簧材料具有較高的抗拉強度極限、彈性極限和疲勞強度極限，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力見表2。表2螺旋彈簧的常用材料和許用應力材料許用應力rMPa推薦使用溫 度/ c推薦硬度范圍特點及應用類別牌號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 影響的彈簧青銅絲QSi3-1270360450-40-12048-53HRC耐腐蝕，防磁，適用于機械或儀表中QSn4-390-100100HRC的彈簧在選擇材料時，應考慮彈簧的用途、重要性、工作條件（如載荷性質、大小及循環(huán)特性，工作溫度和周圍介 質，工作時間等

11、）、加工方法、熱處理和經濟性等諸多因素。如碳素彈簧鋼的價格低，強度高，性能好，廣泛用于受靜載荷和有限作用次數變載荷的小彈簧；合金鋼的強度高，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中工作的彈簧；銅合金的耐腐和抗磁性好，但強度低， 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)質碳素彈簧鋼絲的尺寸系列和抗拉強度極限，供設計時參考。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。彈簧材料的許用應力與材料種類、載荷性質、熱處理方法、彈簧絲尺寸，彈簧的工作條件和重要程度有關， 彈簧的許用應力按受變載荷循環(huán)次數的情況不同分三類（見表2）

12、;循環(huán)次數在106以上的重要彈簧（如內燃機閥門彈簧和電磁閘瓦制動彈簧等）為I類；循環(huán)次數在103-10 6之間及受沖擊載荷的彈簧（如調速器彈簧和一般車輛彈簧等）為n類；循環(huán)次數在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。碳素彈簧鋼的強度高、性能好，供應充足，應用廣泛，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）用于低應力彈簧； C級d = 0.08-10mm用于中等應用彈簧； D級（d= 0.08-6.0mm ） 用于高應力彈簧。碳素彈簧鋼絲的抗拉強度極限bb見表3。表3 GB4357-89碳素彈簧鋼絲抗拉強度（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6艾量mmE彈性系數kgf/mmL自由長mmPi初張力kgfSUS19,000kgf/mmM密育長mm -2K應力修止系數-SWP21,000kgf/mmG橫彈性系數kgf/mm

15、e彈簧指數D/d-kTd彈簧定數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-壓縮弓簧(無研磨)壓縮弓簧(研磨)彈簧定數：K= (GX d4) / (8XD3XNa)彎曲應力：° = (8 X DX P) / (兀 d3) X KK= (4C-1 ) / (4C-4) +0.615/C荷重：P=KX 8(安全確認)安全角(間隔角)：14度以下彈簧指數：413扭轉應力：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：K= (Gd4) / (8D3Na)彎曲應力：t = (8DP) / ( d d3) x k自由長：L0=d(N+1)+2.2(D-d)(安全確認)扭轉應力：容許限界以下彎曲應力：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)彈簧定數不清：kTd= (Ed4) /3667D x N+389(a1+a2)荷重：P= (kTdx()d) /R彎曲應力：b = (EdX(f)d) / (360DX N)(r= (32PXR) / (兀 d3) X kb(安全確

17、認)：kb= (4C2-C-1) /4C(C-1)彎曲應力：容許限界以下4.1、 彈簧設計使用的基本公式4.1.2、 有初始張力的拉伸彈簧d恒 J恒8DP i/，+4.2、 設計彈簧時應考慮的因素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c的應力修正系數取決于下式或圖、彈簧指數c：彈簧指數減小會導致局部應力過大。另外，彈簧指數較大或較小時，加工性也成問題。因此，熱軋成型時，彈簧指數可在415的范圍內選擇。冷軋成形時，彈簧指數可在422的范圍內選擇。、縱橫比：為了確保有效圈數，壓縮彈簧的縱橫比（自由高度與螺旋平均直

19、徑之比）可設定為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范圍內選擇。、有效圈數：如果有效圈數為3以下，彈簧特性則會變得不穩(wěn)定，因此應將彈簧指數設定為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應力進行修正，因此應將節(jié)距設定為0.5D以下。五、彈簧電鍍相關資料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準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-烘干天藍色硬度身，耐