标准圆柱螺旋压缩弹簧图样及尺寸参数

2.3.1 标准圆柱螺旋压缩弹簧的图样及选用标记

方法（图4.1-1、图4.1-2）

2.3.2 标准螺旋压缩弹簧的尺寸及参数（表4.1-5）

图4.1-1 圆柱螺旋压缩弹簧典型图样

a）两端并紧磨平A型 b）两端并紧锻平B型

图4.1-2 标准圆柱螺旋压缩弹簧选用标记

表4.1-5 圆柱螺旋压缩弹簧的尺寸及参数（摘自GB/T 2089—2009）

（续）

（续）

注：1.本表τ_p、F_s和f_sd是按弹簧用下列材料制造而制定的，当弹簧材料直径≤10mm时采用GB/T 4357—1989碳素弹簧钢丝B级（用冷卷工艺制造）；当弹簧材料直径≥12mm时采用GB/T 1222—2007热轨弹簧钢60Si2MnA（用热卷工艺制造）。如选用其他材料时，应按所选材料的τ_p值和表中τ_p值之比对F_s和f_sd进行调整。

2.拉伸弹簧的F_s和f_sd取表中值的0.8倍，但材料直径≤8mm。

3.本表弹簧为两端圈并紧磨平或锻平型。

2.3.3 标准圆柱螺旋压缩弹簧的选用计算

表4.1-5所列的标准圆柱螺旋压缩弹簧的尺寸及参数，是在下列条件下制订并按此条件生产的：

1）弹簧钢丝圆形截面直径≤13mm的，采用碳弹簧钢丝C级。

2）钢丝圆截面直径＞13mm的，采用60Si2Mn材料冷卷制成。此种弹簧是按Ⅲ类载荷设计的弹簧，即所列标准弹簧的尺寸参数适合在受静载荷及受循环载荷为10³个循环次数的期限内使用，也适合在10³～10⁵次循环载荷的期限内使用。

这种标准弹簧可用于要求不太高、随时可更换弹簧的大多数机械构件中。选用合适的弹簧可以保证弹簧上述使用寿命，更重要的是保证弹簧发挥其正常功能。

选用标准螺旋弹簧的方法是：

1）根据设计者或使用者提供的条件选择。一般要提供：①最小、最大工作载荷（N）；②弹簧所需工作行程（mm）；③弹簧外径D₂、内径D₁的尺寸范围（或实际尺寸值）或中径D的约值（mm）；④按表4.1-4选择所需弹簧端部结构型式及相应的支承圈数n_z。

2）依据弹簧特性选择。根据载荷大小与变形量成正比的特性，工作载荷与表4.1-4所列试验载荷F_s的关系为F₁＝0.2F_s（F₁为最小工作载荷）、F_n＝0.8F_s（F_n为最大工作载荷）的正常使用条件，计算出所对应的试验载荷F_s。

3）根据设计者或使用者提供的条件，估算出弹簧中径D。

4）对照表4.1-5所列标准弹簧的尺寸及参数，即可选出适合设计或使用条件的标准圆柱螺旋压缩弹簧。

具体的选用步骤及实例见表4.1-6。

表4.1-6 选用标准螺旋压缩弹簧的步骤及计算实例

（续）

2.3.4 圆柱螺旋压缩弹簧的设计

当圆柱螺旋压缩弹簧在受循环载荷作用需要达到10⁶次以上或受冲击载荷时，或者需要选用与标准圆柱螺旋压缩弹簧材料不同（如采用防锈的不锈钢材料）且要保证设计的条件时，就必须按选用的弹簧钢丝材料的力学性能参数（抗拉强度σ_b、许用切应力τ_p、切变模量G）另行设计。

设计圆柱螺旋压缩弹簧时，除了采用国家标准的弹簧尺寸、参数系列标准（簧丝直径、弹簧中径、旋绕比C、有效圈数n、推荐的弹簧自由高度H₀及端部结构型式、支承圈数等）外，还必须提供弹簧受载类型及簧丝材料许用切应力（表4.1-7），弹簧钢丝材料的切变模量（表4.1-8），材料温度修正系数（表4.1-9），弹簧材料的抗拉强度值（表4.1-10～表4.1-12），才能进行设计计算。按螺旋压缩弹簧标准参数设计的步骤及计算实例见表4.1-13。

表4.1-7 弹簧的许用应力 （单位：MPa）

注：摘自GB/T 1239.6—2009。

表4.1-8 常用弹簧材料的性能及选用

表4.1-9 温度修正系数Kt

(www.xing528.com)

表4.1-10 弹簧钢丝的抗拉强度σ_b（1） （单位：MPa）

注：1.表中的σ_b均为下限值。

2.碳素弹簧钢丝用25～80、40Mn～70Mn钢制造；琴钢丝用60～80、60Mn～70Mn钢制造；不锈钢丝用1Cr18Ni9、0Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、0Cr17Ni18Al钢制造。

表4.1-11 弹簧钢丝的抗拉强度σ_b（2） （单位：MPa）

注：1.表中的σ_b均为下限值。

2.阀门用油淬火-回火碳素弹簧钢丝用70、65Mn钢制造。油淬火-回火碳素弹簧钢丝的A类用65～70、60Mn～70Mn钢制造，B类用65～80、65Mn～70Mn钢制造。油淬火-回火硅锰合金弹簧钢丝用60Si2MnA钢制造。阀门用油淬火-回火铬硅合金弹簧钢丝用50CrSi钢制造。阀门用油淬火-回火铬钒合金弹簧钢丝用50CrVA钢制造。

表4.1-12 青铜线的抗拉强度σ_b （单位：MPa）

注：表中σ_b为下限值。

表4.1-13 圆柱螺旋压缩弹簧的设计步骤及计算实例

（续）

圆柱螺旋压缩弹簧按所受载荷的情况分为三类：

Ⅰ类——受循环载荷作用次数在10⁶次以上的弹簧。

Ⅱ类——受循环载荷作用次数在10³～×10⁶次范围内及受冲击载荷的弹簧。

Ⅲ类——受静载荷及受循环载荷作用次数在10³次以下的弹簧。

在选取材料和确定许用应力时应注意以下几点：

①对重要的弹簧，其损坏对整个机械有重大影响时，许用应力应适当降低。

②经强压处理的弹簧能提高疲劳极限，对改善载荷下的松弛有明显效果，可适当提高许用应力。

③经喷丸等表面强化处理的弹簧也能提高疲劳强度或疲劳寿命，其许用应力可提高20％。

④当工作温度超过60℃时，应对切变模量G进行修正，其修正公式为

G_t＝K_tG

式中 G——常温下的切变模量；

G_t——工作温度下的切变模量；

K_t——温度修正系数，其值从表4.1-9查取。2.3.5 圆柱螺旋压缩弹簧的安装调整

压缩弹簧一般均靠内侧面或外侧面定心，如图4.1-3所示。为避免弹簧偏心并减少与定心件的摩擦，定心轴套的高度h应为h＝1～1.5d。弹簧内、外侧与定心轴套接触处的间隙为弹簧内径或外径的0.02～0.025，非接触部分的间隙为0.3～0.5mm，如图4.1-3～图4.1-5所示。弹簧两端定心件必须同轴，不能偏移。

图4.1-3 螺旋压缩弹簧的定心方式

a）用簧圈内侧面定心 b）用簧圈外侧面定心

图4.1-4 定心环的设计

a）错误的设计 b）正确的设计

图4.1-5 定心套筒的设计

a）错误的设计 b）正确的设计

根据计算选择的圆柱螺旋压缩弹簧，经常要根据实际需要的作用力或行程量，调整弹簧的作用力或行程量，调整的结构和方法见表4.1-14。

表4.1-14 圆柱螺旋压缩弹簧调整作用力的结构