弹簧（压簧）力的计算与设计

弹簧是利用弹性来工作的机械零件。一般由弹簧钢制成。它的弹性可用于控制零件的运动、减轻冲击或振动、储存能量、测量力的大小等。广泛用于机器和仪器中。

弹簧类型

最常用的三种是压缩弹簧、拉伸弹簧和扭力弹簧。此外，还有气门弹簧、悬架弹簧、膜片弹簧、减震弹簧、液压弹簧、油泵弹簧、碟形弹簧、高温弹簧、卡簧、涡形弹簧、异性弹簧等。

什么是弹性模量

弹性系数（k），即刚度系数（ ）。它描述了单位变形所产生的弹力的大小。k值大，说明使单位长度变形所需的力大，或弹簧“硬”。刚度系数也称为刚度系数或顽强系数。刚度系数在数值上等于弹簧拉伸（或缩短）单位长度时的弹力。

弹簧材料

根据GB/T 13304《钢材分类》标准，按基本性能和使用特点 1、弹簧钢属于机械结构用钢；按质量等级划分，属于特优钢，即在生产过程中需要严格控制质量和性能的钢。

在一些有特殊要求的场合，如高酸碱度和潮湿的环境，我们经常使用不锈钢材料来制作弹簧。

常用材料及用途

1、不锈钢丝：

,,WPB（美标）：耐热耐腐蚀，回火温度300-480度，热处理后米黄色/亮白色，单价中等，弹性（剪切）模量~7200

2、碳钢丝：

SWC、SWB：冷拔（硬拔）高碳钢丝，耐蚀性差，精度要求低，刚性脆，成型后需表面处理或防锈处理，回火温度200-400度，棕色热处理后颜色，浅青色，棕色，单价低

3、秦钢电缆：

SWPA、SWPB：耐疲劳性优良，精度高，成型后需进行表面处理或防锈处理，一般用于开关弹簧，热处理温度200-400度，单价高，弹性（剪切）模量~8200

4、玻璃铜线、磷青铜：

单价高，综合性能优异

弹性系数与哪些因素有关

1、弹簧的弹性系数与弹簧的外径成反比，即弹簧的外径越大，弹性系数越小。

2、弹簧的弹性系数K值与弹簧线径的4次方成正比。

3、弹簧的弹性系数K值与弹簧材料的弹性模量成正比。

4、弹簧的弹性系数K值与弹簧的有效圈数成反比。

因此，在弹簧设计过程中，我们可以根据上述关系调整弹簧的结构，以达到满足需求的弹性系数。

弹簧强度设计计算

1、弹簧钢丝直径d：用来制作弹簧的钢丝直径。

2、弹簧外径D2：弹簧的最大外径。

3、弹簧内径D1：弹簧的最小外径。

4、弹簧直径D：弹簧的平均直径。它们的计算公式为：D=(D2+D1)÷2=D1+d=D2－d

5、应力修正t：除支撑环外，弹簧在中径上相邻两环对应点之间的轴向距离成为节距，用t表示。

6、有效圈数n：弹簧能保持相同螺距的圈数。

7、支撑圈数n2：为使弹簧在工作时受力均匀，并保证轴线垂直于端面碟形弹簧计算软件，制造时常将弹簧两端拧紧在一起。紧圈只起辅助作用，称为辅助圈。一般有1.5T、2T、2.5T，常用2T。

8、总匝数n1：有效匝数与支撑圈数之和。即，n1=n+n2。

9、自由高度H0：弹簧不受外力作用时的高度。由下式计算：H0=nt+(n2-0.5)d=nt+1.5d（n2=2时）

10、弹簧展开长度L：弹簧缠绕时所需的钢丝长度。L≈n1(ЛD2) 2+n2（压簧） L=ЛD2n+吊钩伸出长度（拉簧）

11、螺旋方向：有左旋和右旋之分碟形弹簧计算软件，常用右旋，图纸未注明一般采用右旋。

12、弹簧缠绕比：中径D与钢丝直径d之比。

F = k * s * g

弹簧端设计

A、端头不紧或不磨：端头线圈弯曲不紧，端面不磨

B、端面未磨紧：端部线圈未弯紧，端面磨平且与轴线垂直

C、端头紧不磨：端头线圈弯紧，端面不磨

D. 端面紧磨平整：端部线圈弯紧，端面磨平