弹簧理论与设计

什么是弹簧

弹簧又被称为龙须铁，有数不清的用途。
虽然机械、机构或结构物等在内，包括跟我们的日常生活也有着密切联系，但也是一个非常被忽视。
但是所有的弹簧原理就是具有弹性。
受力后，随着力量的变化而发生变形，以吸收，累积弹性能量特征的物体称为弹性体。
弹性体在这种基本特性下，因动作发生震动，可缓解冲击或防止震动的技能。
积极利用这些弹性体的特性和功能的机械要素就是弹簧。
如果汽车没有弹簧，司机或者乘客身体将承受汽车行驶时产生的震动。
如果机器装置没有弹簧，机器因启动产生的震动，可能会毁掉吧。

弹簧的种类

弹簧可根据它制作使用的材料和制作的模样（形状）、使用用途来进行分类。

使用材料的分类

弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧；
金属弹簧分为钢弹簧（碳素钢弹簧，合金钢弹簧）和非铁金属弹簧（铜合金弹簧，镍合金弹簧）。
非金属弹簧分为橡胶弹簧和油体弹簧(空气弹簧，液体弹簧），合成塑脂弹簧（填充剂弹簧）。

形状分类

压簧

制作简单，生产效率好，价格低廉被广泛使用。

板弹簧

有单板弹簧，双板弹簧。板弹簧是长方形单面，厚度小于长度的钢板制作的。大多安装用于消防车和公共汽车等。

截锥涡卷弹簧

属于一种圆锥弹簧，也叫笋形弹簧或宝塔弹簧，用长方形单面钢板做成的圆锥形卷压簧。可吸收空间容积比例较大的能量，并利用板与板之间的摩擦衰减震动，可作为缓冲弹簧使用。

垫片弹簧

具有断裂扭曲形状的线圈现象的垫圈，可防止因震动导致螺丝松动。

卡簧

插入安装在轴或孔的缝隙中，防止对应物栓柱或轴的配件脱落使用的弹簧。

扭杆弹簧

作为汽车用弹簧，就是倾斜时利用刚性回到原来位置的成形的杆状弹簧钢材。

弹簧设计

压簧、拉簧记号及名称

记号	记号的名称	单位
d	材料的直径	mm
右（RH）左（LH）	卷方向	—
Di	内径	mm
Do	外径	mm
Dm	中心径 Dm=（D0+Di）/2	mm
Nt	总卷数	—
Ne	有效卷数	—
Hf	自由长高度（长度）	mm
H1，H2	1次，2次使用高度（动作长度）	mm
e	外侧面的倾斜长度	mm
Hs	密着高	mm
p	开口	mm
pi	初张力	N，Kgf，gf
c	弹簧基数=中心径/线径	—
G	横弹性系数	N/mm²,Kgf/mm²
E	纵弹性系数	N/mm²,Kgf/mm²
P	弹簧的荷重（力）	N，Kgf，gf
Pmax	弹簧最大测试荷重	N，Kgf，gf
δ	弹簧的变形高度	Mm
K	弹簧正数	N/mm,Kgf/mm
τu	弯曲应力	N/mm²,Kgf/mm²
τ	弯曲修正应力	N/mm²,Kgf/mm²
τi	除应力	N/mm²,Kgf/mm²
k	应力修正系数	—

扭簧记号及名称

记号	记号的名称	单位
d	材料线径	mm
Di	内径	mm
Do	外径	mm
D	平均径 D=（D0+Di）/2	mm
ΔD	荷重状态下平均径的减少量	mm
N	卷数	—
c	弹簧基数C=D/d	—
E	纵弹系数	N/mm²,Kgf/mm²
l	端面2次力距	mm⁴
Z	断面系数	mm²
P（P1，P2）	弹簧荷重（力）	N，Kg，gr
M	弹簧作用力距（力距）	Nmm，Kgmm，grmm
a1，a2	臂长度	mm
L	横弹有效部全长	mm
Kt（Ktd）	弹簧正数	Nmm/rad（Nmm/⁰）,Kgmm/⁰,grmm^/0
Φ (Φ d)	弹簧的弯曲角度	rad（⁰）
Ds	轴径	mm
Kb	折角应力修正系数	—
σ	折角应力	N/mm²,Kgf/mm²

弹簧设计基本公式

材质		符号㎏f/㎟	G值㎏f/㎟
碳钢线		8 × 102	21 x 102
琴钢线		8 × 103	21 x 103
油回火线		8 × 103	21 x 103
不锈钢	STS 302	7.2 × 103	19 x 103
	STS 304
	STS 316
	STS 321 JI	7.5 × 103	20 x 103
黄铜线		4 × 103	10 x 103
亮白铜线		4 × 103	11 x 103
磷青铜线		1.3 × 103	10 x 103
铍铜线		1.5 × 103	13 x 103