圆柱形螺旋弹簧的设计和应用

14.3.1　圆柱形螺旋弹簧的端部结构

1.圆柱形压缩螺旋弹簧

图14-3所示为常用的圆柱形压缩螺旋弹簧端部的结构形式，YI型为两端面与邻圈并紧且磨平；YⅡ型主要用于受交变载荷或对垂直度要求较高的重要弹簧；YⅢ型则主要用于弹簧直径较大的次要弹簧。

图14-3　圆柱形压缩螺旋弹簧

2.圆柱形拉伸弹簧

图14-4所示为常用的圆柱形拉伸螺旋弹簧端部的结构形式。拉伸弹簧在卷绕时，各圈互相并拢，且在端部有挂钩供安装和加载用。LⅠ型、LⅡ型的钩环由弹簧直接弯曲而成，这两种弹簧主要用于弹簧丝直径d≤10 mm的不重要场合；LⅦ型与LⅧ型的挂钩不与弹簧丝联成一体，挂钩可任意转动。LⅦ型可调节弹簧长度，但结构复杂，主要用于弹簧丝较粗、受载大的场合；LⅧ型的挂钩弯曲应力小，适用于冷卷弹簧。

图14-4　圆柱形拉伸螺旋弹簧

14.3.2　圆柱形螺旋弹簧的参数、主要尺寸及特性曲线

1.圆柱形螺旋弹簧的参数

圆柱形螺旋弹簧的主要参数如图14-5所示，有弹簧丝直径d、弹簧中径D、工作圈数n、弹簧节距t、螺旋导程角γ以及旋绕比C。

图14-5　圆柱形螺旋弹簧的主要参数

旋绕比C=D/d，是弹簧的主要参数之一，它影响弹簧的刚度、稳定性以及制造的难易程度。设计中，一般推荐取4≤C≤16，常用的C值为5～8，选择时可参阅表14-1。

表14-1　旋绕比(www.zuozong.com)

2.圆柱形螺旋弹簧的几何尺寸

圆柱形螺旋弹簧的几何尺寸计算公式见表14-2。

表14-2　圆柱形螺旋弹簧的几何尺寸计算公式

续表

3.圆柱形螺旋弹簧的特性曲线

（1）压缩弹簧的特性曲线。图14-6所示为压缩弹簧的特性曲线，H0为弹簧的自由高度；F1为最小工作载荷，相应的弹簧高度为H1，变形量为λ1；F2为最大工作载荷，相应的弹簧高度为H2，变形量为λ2；Flim为弹簧的极限载荷，相应的弹簧高度为Hlim，变形量为λlim。工作行程h=H1-H2=λ2-λ1。设计时，弹簧的最大工作载荷应小于极限载荷，通常F2≤0.8 Flim。圆柱形螺旋弹簧变形量λ可由公式λ=8FC3n/（Gd）求取。

图14-6　压缩弹簧的特性曲线

（2）拉伸弹簧的特性曲线。图14-7为拉伸螺旋弹簧的特性曲线。按卷绕方法的不同，分为有初应力和无初应力两种，分别如图14-7（a）和图14-7（b）所示。X0为一段假想的压缩变形量，相应的力F0是使弹簧开始变形时所需的初拉力，即当工作载荷大于F0时，弹簧才干始伸长。

图14-7　拉伸弹簧的特性曲线

初拉力F0可按下列范围选取：当旋绕比C≤10时，F0=（0.2～0.3）Flim；当C＞10时，F0=（0.1～0.2）Flim。