弹簧材料直径计算公式介绍

1.弹簧材料直径计算公式

图15-12、图15-13所示弹簧分别受扭矩T＝FR和T＝F₁R₁＝F₂R₂作用，材料弯曲应力按式（15-45）计算：

弹簧材料直径按式（15-46）计算：

图15-12 短扭臂弹簧

图15-13 长扭臂弹簧

曲度系数K_b按式（15-47）计算：

当顺旋向扭转时，曲度系数K_b＝1。

弹簧中径按式（15-9）计算：

2.扭转变形角、刚度计算公式

1）对短扭臂弹簧图15-12扭臂变形可忽略不计。扭转变形角按式（15-48）或式（15-49）计算：

式中材料弹性模量E参见表15-3。

扭转刚度按式（15-50）或式（15-51）计算：

有效圈数，按式（15-52）计算：

2）当扭臂（l₁＋l₂）≥0.09πDn时，要考虑臂长的影响。对长扭臂弹簧（图15-13）扭臂的变形必须计算在内，则扭转变形角按式（15-53）或式（15-54）计算：

扭转刚度按式（15-55）或式（15-56）计算：

3.弹簧的扭矩和扭转变形角

当弹簧有特性要求时，为了保证指定扭转变形角下的扭矩，T和φ（φ°）应分别在试验扭矩T_s和试验扭矩下的变形角φ_s的20％～80％之间。

即0.2T_s≤T₁，2，…，n≤0.8T_s，和0.2φ_s≤φ₁，2，…，n≤0.8φ_s（0.2φ°_s≤φ°₁，2，…，n≤0.8φ_s°）。

（1）试验扭矩和试验扭矩下的变形角

试验扭矩T_s弹簧允许的最大扭矩，其值按式（15-57）计算：

式中 σ_s——试验弯曲应力，查表15-13和图15-3。

试验扭矩下的变形角按式（15-58）计算：

（2）弹簧特性 由于弹簧端部的结构形状，弹簧与导杆的摩擦等均影响弹簧的特性，所以无特殊需要时，不规定特性要求。如规定弹簧特性要求，应采用簧圈间有间隙的弹簧，用指定扭转变形角时的扭矩进行考核。

4.弹簧的端部结构型式、参数及计算公式

（1）弹簧的端部结构型式 弹簧端部结构型式见表15-26。(www.xing528.com)

表15-26 弹簧的端部结构型式

（续）

注：1.弹簧结构形式推荐用外臂扭转弹簧、内臂扭转弹簧、直臂扭转弹簧。

2.弹簧端部扭臂结构形式根据安装方法、安装条件的要求，可做成特殊的形式。

为了避免产生应力集中，端部扭臂弯曲部分的曲率半径r尽可能取大些，一般应大于材料直径d，即r≥d。

端部扭臂长度、弯曲角度、直径偏差应符合GB/T 1239.3的规定。

（2）弹簧材料直径 弹簧材料直径d由式（15-46）计算，一般应符合GB/T 1358系列。

（3）弹簧直径 弹簧中径按式（15-15）计算。弹簧内径按式（15-16）计算。弹簧外径按式（15-17）计算。

弹簧直径的偏差可按GB/T 1239.3选取。

顺向扭转时，为了避免弹簧受扭矩后抱紧导杆，应考虑在扭矩作用下弹簧直径的减小。其减小值可近似地按式（15-59）计算：

（4）导杆直径按式（15-60）计算

D′＝0.9（D₁-ΔD_s） （15-60）

（5）扭转弹簧扭转角度φ后，内径按式（15-61）计算

5.弹簧旋绕比

旋绕比根据材料直径d在表15-27中选取。

表15-27 旋绕比与材料直径的关系

6.弹簧圈数

弹簧有效圈数按式（15-52）计算，需要考核特性的弹簧一般有效圈数不少于3圈，对于NⅣ型弹簧两边有效圈数各不少于3圈。

7.弹簧自由角度

自由角度φ₀为无载荷时两扭臂的夹角，可根据需要确定。有特性要求时的弹簧，自由角度不予考核；无特性要求的弹簧，自由角度的偏差应符合GB/T 1239.3的规定。

8.弹簧节距和自由长度

（1）节距t按式（15-62）计算

t＝d＋δ （15-62）

密圈弹簧的间距δ＝0。

（2）自由长度可参考近似式（15-63）计算

H₀＝（nt＋d）＋扭臂在弹簧轴线的长度 （15-63）

式中n取整数，自由长度偏差应符合GB/T 1239.3的规定。

9.弹簧螺旋角和旋向

螺旋角按式（15-27）计算，按照使用要求确定其旋向。

10.弹簧展开长度

弹簧展开长度按式（15-64）计算：

L≈πDn＋扭臂部分长度 （15-64）