彈簧設計規(guī)范全

1、彈簧設計規(guī)范一、彈簧的功能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：、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。、測力，如測力器和彈簧秤的彈簧等。、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。、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(nèi)燃機氣缸閥門開啟的彈簧等。二、彈簧的類型、特點和應用彈簧的分類方法很多，按照所承受的載荷的不同，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、.一扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲

2、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1c表1彈簧的基本類型、特點和作用名稱彈簧簡圖特點及應用名稱彈簧簡圖特點及應用圓柱形螺旋彈簧圖(a)承受拉力，圖(b)承受壓力，結構簡單，制造方便，應用最為廣泛碟形彈簧承受壓力，緩沖及減振能力強，常用于重型機械的緩沖和減振裝置。圓柱形螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧承受轉(zhuǎn)矩，主要用于各種裝置中的壓緊和蓄能環(huán)形彈簧承受壓力，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。圓錐形螺旋彈簧f一/上_J承受壓力，結構緊湊，穩(wěn)

3、定性好，防振能力較強，多用于承受大載荷和減振的場合盤簧承受轉(zhuǎn)矩，能儲存較大的能量，常用作儀器、鐘表中的彈簧。板彈簧1111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。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。三、彈簧使用的材料及其用途彈簧鋼的的主要性能要求是高強度和高屈服極限和疲勞極限，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鉆，他們可以增強鋼的淬透性和屈強比。彈簧材料使用最廣者是彈簧鋼（SUP0碳素鋼用于直徑較小的彈簧，工藝多為冷拔

4、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,30W4Cr2游。a、碳鋼及合金鋼：制造彈簧時，常加矽、鈕、銘、銳及鋁等金屬元素于鋼中，以增加彈簧之彈性及疲勞限度，且使其耐沖擊。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。d、琴鋼絲是

5、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，其機械性質(zhì)佳，抗拉強度及韌性大，為優(yōu)良的螺旋彈簧材料。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。f、油回火線含碳量0.60.7%應含鈕，0.61.0%常用于螺圈彈簧。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鉆鋼。項目名稱JIS代碼概略組成主要用途及特點單價級別回火溫度熱后顏色1不銹鋼線SUS302和WPBC（碳）、Si（硅）、Mn（鎰）、P（磷）、S（硫）、Ni（銀）、Cr（銘）、Mo（旬）經(jīng)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。中30

6、0°480°之間（視線徑之大?。┟谆疑涟咨玈US304和WPB廣為使用于不銹鋼、耐熱鋼，又用于食品設備，一般儀學設備，卜原子力，耐熱耐蝕。2碳鋼線SWCSWBC（碳）、Si（硅）、Mn（鎰）、P（磷）、S（硫）r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。低200°400°之間（視線徑之大小）淡茶色、茶色、青色、淡藍色、褐色3琴鋼線SWPASWIB、C（碳）、Si（硅）、一,.Mn（鎰）、P（磷）、S（硫）、Cu（銅）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。高200&#

7、176;400°之間（視線徑之大?。┩琒WPASWPB4鉞銅線C1720WBe（鉞）、Mn（鎰）、Ni（銀）、P（磷）Cu（銅）+Sn（錫）+P（磷）Ni（銀）+Co（鉆）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）。特高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SW

8、C+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作，而且要求在受極大應力的情況下，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(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B、OD級0.3bh0.4(/0.5，-40-120價廉易得，熱處理后強度較高，但尺鋼絲寸大了不易淬透，多用于制作小彈簧合金鋼絲60SiMn480640800-

9、40-20045-50HRC彈性和回火穩(wěn)定性好，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耐腐蝕，耐高溫，適用于受腐蝕介質(zhì)影響的彈簧者銅絲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(zhì)、大小及循環(huán)特性，工作

10、溫度和周圍介質(zhì)，工作時間等）、加工方法、熱處理和經(jīng)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(shù)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(zhì)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(zhì)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(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，彈簧的許用應力接受變載荷循環(huán)次數(shù)的情

11、況不同分三類（見表2）;循環(huán)次數(shù)在106以上的重要彈簧（如內(nèi)燃機閥門彈簧和電磁閘瓦制動彈簧等）為I類；循環(huán)次數(shù)在103-106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R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）為田類。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d013mm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6b見表3。表3GB4357-89碳素彈簧鋼絲抗拉強度（GB/T

12、1239.6-92）單位：MPa鋼絲直徑d/mm級另鋼絲直徑d/mm級別B級C級D級B級C級D級1.001600196023004.51320152016201.21620191022505.01320147015701.41620186021505.51270147015701.61570181021106.01220142015201.81520176020106.31220142015202.01470171019107.011701370-2.21420166018108.011701370-2.51420166017609.011301320-2.813701620171010.01

13、1301320-3.013701570171011.01080127012703.213201570171012.01080127012703.513201570166013.01030122012204.0132015201620精心整理四、彈簧設計資料圮號名稱畢他記號名稱畢他記號名稱畢他d材料直徑mmk彈簧定數(shù)kgf/mma1腕長（作動點）mmD彈簧平均徑mmX應力修正kgf/mma2腕長（固定點）mmNa有效圈數(shù)6交量mmE彈性系數(shù)kgf/mmL自由長mmPi初張力kgfSUS19,000kgf/mmM密育長mmK應力修止系數(shù)-SWP21,000kgf/mmG橫彈性系數(shù)kgf/mm21-

14、2e彈黃指數(shù)D/d-kTd彈黃定數(shù)kgfmm/degSUS7000kgf/mmL0目由長mma等曲反力kgf/mmSWPAB8000kgf/mm2a目由用P點作動點-SUWC（1）d使用的用（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)-壓縮彈簧（無研磨）壓縮彈簧（研磨）彈簧定數(shù)：K=（GXd4）/（8XD3XNa）彎曲應力：r=（8XDXP）/（九d3）xKK=（4C-1）/（4C-4）+0.615/C荷重：p=kx6（安全確認）安全角（間隔角）：14度以下彈簧指數(shù)：413扭轉(zhuǎn)應力：容許限界以下第1荷重（A）:0.8L以下第2荷重（B）:1.2M以上引張彈簧荷重：P

15、=k6+Pi初張力：Pi=（Ttd4G）/（800D2）彈簧定數(shù)：K=（Gd）/（8DNa）彎曲應力：r=（8DP/（兀d3）xk自由長：L°=d（N+1）+2.2（D-d）（安全確認）扭轉(zhuǎn)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(shù)不清：kTd=（Ed）/3667DxN+389（a1+a2）荷重：P=（kTdX小d）/R彎曲應力：（T=（EdX（|）d）/（360DXN）（T=（32PxR）/（九d3）Xkb（安全確認）: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、

16、 有初始張力的拉伸彈簧叵叵皿一+精心整理4.2、 設計彈簧時應考慮的因素G材料符號G(N/mrfi)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-%WOSC-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圈數(shù)圖a-c中閉口型，Xi=X?=1圖d-f中開口型，Xi=X=0.75拉伸彈簧：N=N（a）閉口端（無磨削）（b）閉口端（

17、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)減小會導致局部應力過大。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(nèi)選擇。、有效圈數(shù)：如果有效圈數(shù)為3以下，彈簧特性

18、則會變得不穩(wěn)定，因此應將彈簧指數(shù)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(zhuǎn)應力進行修正，因此應將節(jié)距設定為0.5D以下。精心整理五、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）除油-酸洗-銀底-鍍金一烘干金色降低接觸電阻，耐磨耗，保真效果。0.040.06“m薄1.21.5mm厚24H以上2鍍銘（Cr）除油酸洗捫銅底2次（堿銅、酸銅）銀底鍍銘-烘干天藍色硬度身，耐磨性好，反光能力強，有較好的耐熱性。銘0.5mm薄15Vm以上厚24H以上3鍍銀（Ag）除油-酸洗-打銀底-鍍銀-烘干銀色導電性（金屬中）佳，導熱率佳。銀35mm銀0.040.06mm連續(xù)噴8H,WKSIJL16H(歐230標準)24H以上4鍍饃(Ni)電解除油-酸洗-打銅底（必要時）-鍍銀（滾鍍）白色防腐性佳，焊錫，導電耐磨性。35MmJIS3H（連續(xù)噴霧）尢電解除油-酸洗-銀底（銀磷合金化學分解）白色耐蝕性好（較電解）鍍層均勻。35mmJIS3H（連續(xù)噴霧）5鍍錫（Sn）除油-酸洗-鍥底-鍍錫亮白色便于焊錫，導電性一般。35Mm24H以上