等螺旋角蜗卷螺旋弹簧的计算

表1

项目

单位

公式及数据

原

始

条

件

弹簧类型

等螺旋角的蜗卷螺旋弹簧

板宽b

mm

28

板厚h

mm

4

大端工作弹簧圈半径R₂

mm

43

小端工作弹簧圈半径R₁

mm

14

弹簧圈开始接触前的刚度P'

N/mm

48

弹簧圈开始接触时的载荷P_b

N

1260

大端支承圈数n'₂

圈

3/4

小端支承圈数n'₁

圈

3/4

弹簧材料

60Si2MnA

热处理后硬度

HRC

≥47

参

数

计

算

弹簧的工作圈数n

圈

弹簧的螺旋角α

(°)

弹簧圈n_i的半径R_i

mm

从大端到弹簧圈n_i的自由高度H_i

mm

弹簧扁钢的长度l_i

mm

大端支承圈的扁钢长度l'₂

mm

小端支承圈的扁钢长度l'₁

mm

弹簧圈n_i开始接触时弹簧所受的载荷P_i

N

弹簧圈n_i开始接触后弹簧的变形F_i

mm

弹簧圈n_i开始接触后弹簧圈n_i的应力τ_i

MPa

将上列各式计算所得等螺旋角蜗卷螺旋弹簧的主要几何尺寸、载荷、应力列于表2

图1是根据表2所列数值绘制的等螺旋角蜗卷螺旋弹簧的几何尺寸(图a)和材料尺寸(图b)，图2是所设计弹簧的特性曲线及载荷P与应力τ的关系曲线

表2

n_i

R_i/mm

H_i/mm

l_i/mm

P_i/N

F_i/mm

τ_i/MPa

0

43.0

28

0

1260

26.5

417

0.5

40.1

35

130.5

1.0

37.2

41.5

251.9

1684

33.2

486

1.5

34.3

47.5

364.3

2.0

31.4

53.1

462.1

2363

38.8

580

2.5

28.5

58.1

561.6

3.0

25.6

62.7

646.6

3555

43.3

722

3.5

22.7

66.7

722.5

4.0

19.8

70.3

789.3

5943

46.6

954

4.5

16.9

73.4

846.9

1400

5.0

14.0

76

895.4

11890

48.0

图1  等螺旋角蜗卷螺旋弹簧计算例题图

图2  弹簧的特性曲线及载荷和应力关系曲线