弹簧丝直径对小型圆柱形螺旋弹簧的影响及塑料弹簧结构设计中的计算问题

塑料弹簧按形状可分为螺旋圆柱体、片板状、悬臂状、钳夹状等；按受力形式可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、弯曲弹簧等形式；按材料品种可分为PS弹簧、HDPE弹簧、PP弹簧、HPVC弹簧、ABS弹簧、POM弹簧、PA弹簧及环氧单向玻璃纤维增强塑料弹簧等。

目前，小型圆柱形螺旋弹簧的弹簧丝较小，直径一般在3mm左右，常用于较轻的负载。用玻璃纤维增强环氧塑料可制作变宽度、变厚度的板簧，虽然其拉伸强度不及钢材，但储存应变的能力比钢材大2倍，可节约材料。而且单位质量储存应变的能力比钢材大8倍，故用单板式塑料板簧可直接替代多叶式金属弹簧，现已试用于载货汽车上承受弯曲应力的悬浮装置。

另外，长方形片材还适用于作扭曲弹簧，如图19-132所示。

图19-132 长方形片材的扭曲变形情况

其计算公式如下：(www.xing528.com)

φ=TL/（IG）；

G=E/[2（1+ν）]

各式中，T是扭矩；L是板长度；I是极惯性矩；E是纵向弹性模量；ν是泊松比；φ是扭转角；G是剪切弹性模量。

进行各类塑料弹簧结构设计时，计算切应力及应变是主要的计算项目。短期负载可参照金属力学公式计算。长期负载时必须考虑切应力松弛因素，故要进行剪切蠕变计算，但塑料的这方面资料较少，常要利用拉伸与切应力和模量的等价关系进行计算。如较保守的估算方法是制品的最大切应力按小于材料拉伸屈服应力1/2计算，剪切模量G可按G=E/[2（1+ν）]估算。

为了安全起见，E可取拉伸和压缩模量中的小值，可能的条件下还是应以实际刚性模量进行扭转计算。