CB Z 144-1976 圆柱螺旋弹簧的设计与计算.pdf

1、中华人民共和国第六机械工业部指导性技术文件圆柱螺旋弹簧的设计与计算CB/Z 144-76 北京1 9 7 8 中华人民共和盟第六机械工业部指导性技术文件圆柱螺旋弹簧的设计与计算I吁I c-76 I I 01 1 l 阳】J本指导性文件适用于圆截面金属丝冷卷圆柱（圆锥）形螺旋压缩、拉伸、扭转弹簧的设计与计算。1.按负荷性质确定弹簧的型式：弹簧按工作特点、制造精度、受力变形量偏差分为五级，见表I0 表1弹簧工作特点用途。级受动负荷，冲击负荷或静负荷，在受力变形内要1级！求准确调整，当弹簧损坏活将引起整个机构故障E组！受静负荷，有限次交变负荷，均匀变化负荷fila 1 受静负荷，不要求准确的按负荷调

2、整的弹簧E级受力变形量不做严格要求土2士5如定深簧、减压簧、发动机阀门弹簧、击发簧、翻力计弹簧土10I 如调整台弹簧，安全阀弹簧士151 如缓冲黄、制动器压紧簧| 如杠抨击lj动弹簧、调整台扭力弹簧、挂钩弹簧注z弹簧制造精度，根据具体工作情况选取。有些弹簧受力变形量偏差按：级，而其几何尺寸偏差可采用E级，例如大稳定簧，有些弹簧几何尺寸偏差按1级，而其受力变形量偏差可采用E级。例如离合器弹策。弹费静动负荷的含义2静负荷一一负荷不随时间变化或变化缓慢，总重复次数不超过108的交变负荷。动负荷一一作用次数超过103的交变负荷及脉冲负荷，或作用时间在数百分之一砂内的冲击负荷。2.弹簧的典型端部结构型式

3、如表20 表2型代式简图端部结构簧YJI n1-n = J .5圃，有效圈从圈算起压YI 结弹n, -n= 2圃，有效圈从1周算起，两尖端与邻圈贴紧，磨平中华人民共和国第六机械工业部发布1977年1月1日批准共20页第2页CB/Z 144一76续表2事b、式端部结构简图压Ym 缩ylI 弹提n1-n= 2.5醋，有效围从1十圈算起，两端圈与邻圈贴紧至十蝠，磨自甘面可均匀磨至360一脚一1li 。一两端不并紧不磨平n1-n=2醋，两端与邻圈贴紧不靡平L王两端具有半环形钩环拉LJI l l f Iqt 值；如Lm 弹LN I Ly I 扭转弹簧N1 明世G副脚步F耳向阳睦两端成Ii.字”形辑环两端

4、成“两端具有可转钩环两端具有螺旋块的钩环外臂扭转弹簧NJI 双扭簧3.根据弹簧工作条件，按表3、表4选择弹簧材料和兔许工作应力。弹箭工作条件具有荫的酣怯性、防磁验，良好导电性的弹簧受静负荷、有操作踊次数之交变负荷的弹簧CB/Z 144-76 选用材磁膏锢线QSi扣1锦青锅线QSn4-3, QSu6.5吩.1锦青铜钱QBe2 不锈钢鼓lCr18Ni9Ti 4Cr13 碳蠢弹簧钢整共2（）页第3页表3料合金弹簧锅盖生65M置，65Si2MnWA,60Si2M由A号享受动负荷交变负荷、冲击负蔚和重要雨不易维擎的弹i特殊用途的眼囊弹簧锵丝簧i锥青铜线锋就弹簧钢丝50CrVA等注s有特殊要求的弹簧，ii

5、J对其结材的直在公差、表面质晕、机械位能及均匀技等，提出特殊的要求。4.弹簧的特性曲接与工作变形施围的确定（醋。因柱形等节距螺旋弹簧的特性曲线（受力变形曲线，理论上是一条直接，实际上这条曲线的起端和束端是非线性的。为了使弹簧可靠的工作在特性曲线的直线部分，最小工作变形应从全变形的20%选起，最大工作变形应选在全变形的80%之内，弹萦限度应在全变形的30%70%之间那量。手：x100 留1弹簧特性曲线5.弹簧常用特料的特征和允许工作应力按表40 共20页第4页CB/Z 144-76 表4材料牌号机械性能（kG/mm2)弹簧工作的温度极标准号限材料的主要特征(oC) 5Mn li.o;:-0! o

6、山b6：二i辛亏llI号！：17600l2.1YB2J 50CrVA 0.5 14.0 nyu F内6.5 C=D2/d 714 512 510 410 48 CB/Z 144一76共20页第5页阁2初应力的可能范围（钢丝）(2）圆截面圆柱形螺旋弹簧的曲度系数K。4C一10 .615 压缩拉伸弹簧的曲度系数K一一一一一一4C-4 C 4C一1扭转弹簧的曲度系数K1=4万=4设计计算时，数值按表6选取（中间数值按插入怯），或用以上公式计算。表6c 12.5 I 3 I 3.5 I 41 4.5151 5.5161 6.5 J 7 I 7 .s J s I 8.5 J 9 j 10 j 12 I

7、14 K一、1.50 l.38 1.30 11.2511.2011.191 1.17 11.151lo1411.131 1.12 11.111 1.10 1.091 1.08 1.07 1.06 7.受静动负荷弹簧计算之内容：受静负荷及有限作用次数交变负荷肘，弹簧应进行静力计算和稳寇性计算。受动负荷的弹簧不但要保证有足够的静载强度，而且必须保证弹簧工作圈内的最大应力不超过弹簧的允许疲劳极限。因此受动负荷的弹簧必须进行下列计算，并进行啧丸处理。可(1）静力计算，其应力须进行修正。(2）稳定性计算。( 3）疲劳计算。( 4 ）必要时还须计算弹簧与其有关机构的共振。8.受静负荷弹簧的计算。(1）压缩

8、、拉伸弹簧的代号及计算公式，见表70 名称金属丝直径mm mm mm I Di 同弹簧外径弹簧内径mm 位H 算公式BKP, n千./P,CK d,1fL6v一产： Jll T J l T J D2=dc D= D2+d D1 =D2-d 表7备注应符合材料标准尺寸，不符合时向上取由空间位置确定由空间位置确定CB/Z 144-76 共20页第6贾续表7根据工作条件也设计员确寇叫名称山位计算公式51弹簧ID1 mm I D 叮丐了71最叫荷尸11kG I P1去P2 81i叫kGI Ps最21力最大工叫212 华带31弹簧刚度J寺岔二世叫挪I/21 mm I 哨鄂L叫阿负叫附叫：mt 叫仰限负荷

9、T-郎J？最山负荷下的叫叫m I F1号!. 生主午极限负荷丁的叫hl哨1 I工作踊数I n I 蹦I ;-1础InI圈In叩54.1.，阳Ja I皮ltg古咔手缩向自叫叫mI 6J附问时jH，叩l71压缩弹问开位IL I- mm I 叫拉伸弹簧瞅附IL I mm I 战备P,=()Pz Ps侮（1.11.1日Pz按表4选取zL25F2 Fz =fzn 纪哼生2 Gd 在正常情况下d=/sn;.2.5 当d3时n=2用于压缩弹簧，一般取609。两端并紧且磨平-SZ M-nu t-F G-pa ZE - -2-SZ F5 4,: ud一孔，、。- n 两端盛平圆周长H=(Jn十（n10.5)dL

10、 = trD2n十钩环眼开长度H. = tri钩环尺寸L - nD2n1 - cos CB/Z 144-76 序号名称阳位1叶算公式29 I 拉伸弹簧的重量11 压缩弹簧的重量问kg. Q= 4COS 旋绕比C子曲度系数I Kl Kc:-4:-！一-2一c6一133 I 压纵缩横弹比簧）的稳定性指标I b I b两一两端端端H固固回ID定定转E时时时lt3.7, 2.6, 不稳定系数I CB I l临界挠曲负荷IPL I kG PL=:.P H 备弹簧材料比重两端磨平按表5选取可按表6选取共20页第7页续表7注b4时，应加导套或导杆(2）具有初应力拉伸弹簧变形图如图3所示，F，为假想变形，Po

11、为初拉力，o为初应力，这时计算公式为：n (F 2-F1)Gd - 8(P2-P1)m Po数值一般为：钢520%P2 铜1lO%P2, K8PoD2 一二。.n.:rr d3 P P1F2-P2F1 - 。一F2-F1图3假想变形F元的求法(3）扭转弹簧的代号及计算公式见表8。名称呻计算IM21 I M2= :rrd3C a 32K1 I 21 度9口zEdK1 31 材料的允许弯曲工作应力叫cl“mmI (aJ叶= 1. F.,- Po(F2-F1) 一P2-P1 表8公式备注由工作条件确定由工作条件确定按表5选取CB/Z 144一甜共20页第8页续表8注备式公算计位代号i单按表6选取K

12、4C-1 i - 4C-4 应捋合材料标准自工作条件确定mm mm 圈mm 问问 称名序号值均一早一论理一的径一径直径一径一数一中丝外一mj一圈一后属簧一簧一作一转金弹一弹一工一扭-li- POwfnBABnu 唱品曲度系数5 选择导轩时应以考虑当伊.146，重。、重级压缩弹簧n2.5oCB/Z 144-76 共20.页第11页12.压缩弹簧的螺旋角应选在6。9。之间。13.弹簧负荷的确定。对于重要的弹簧视其工作特点可确定试验负荷氏，扎在P1.和P2.之间测定数点。对于般的弹簧可只测P2.，对于不重要的弹簧P.不做严格要求。所有弹簧一般都不应在极限负荷Ps状态下工作。Ps作为检查永久变形用。1

13、4.工作温度对弹簧性能的影响，设计在高温条件下工作的弹簧，应考虑温度的影响。表4中的或下降约15%、G值下降约3%，对于青铜弹簧来说，下降尤为明显。15.承受动负荷弹簧的计算。当弹簧工作循环角卢大于疲劳强度界限角乱时。要计算弹簧的疲劳强度，当弹簧工作循环角小于疲劳强度界限角乱时，其计算方法与受静负荷弹簧的计算相同，计算时需用曲度系数K修正。计算公式与代号见表9表9叫名称！1号刊（、变叫.mI k叫21工作时问问叫什川31 Jl*/!PfA荷时间大循叫今IkG/m叫吐主主循环时弹费的疲劳极限I,_, I k叫61酬限阳弹簧工作阳Ip I 度| 计算公式备注v（2叫az-r,)。1.71 胁号？准

14、标料材KHJb 由日应归回国A什A查臼h宁4 I臼0.22hT自0.5b7劳班强劳度强度条件界限角（卢P，时计算疲自，皮，21.了. tgfl，一tr-r_, 8 fJfJr时弹簧疲劳安全系数n, 1 11, = 1.41.8 nr 旦旦：旦二2- I 一91席、工作负荷作用下，瞒的扭转工lll 0 I作前大叫作肌醋的扭转工I21叫！I I I 1/S I BD2KP, I - Jtd3 P- KF n叫ZOE- 俨Lf一_A_一JGg - 2:rnm v丁扩l为比重，g为重力加速度16.工作在动负荷下的弹簧，应考虑共振问题，弹簧的固有频率，应尽可能高，一般希望在负荷频率的13倍以上。17.组

15、合弹簧在设计大负荷且空间位置受限制的螺旋压缩弹簧肘，可采用组合弹簧，这种弹簧与单个弹簧相比不但可以减少重量，而且便于制造，见图9。共20页第12页CB/Z 144-76 围9设计组合弹簧时应注意下列事项：( 1）要满足组合弹簧的等强度关系dw /Dn 一J.一一丘i及P=Pw+PNdN y PN DN. N 组合簧外圈弹簧受力Pw与内圈弹簧受力PN之比应为25:10。(2）要满足组合簧的等变形关系：nw dw=nN dN=H (3）为保证组合簧的同心关系，防止内、外弹簧产生歪斜现象，组合弹簧的旋向应相反。(4）为保证组合弹簧的径向间隙乱，在弹簧端部支承结构设计上，必须考虑到能防止内外弹簧在工作

16、过程中偏移。组合弹簧的设计，除须将负荷按等强度原则以25:10分配给外圈弹簧及内圈弹簧外（HUPw ! PN= 25: 10），其他项目的计算步骤与普通单个圆柱螺旋压缩弹簧的计算相同。组合弹簧的精度一般选为E、置。、E级。18.圆锥形压缩弹簧（图10）。图10圆锥形压簧的精度一般选为E、E级。其结构形式如图10，计算公式如下：锥形压簧最大允许负荷：VLW d-mu pa 锥形压簧的挠度：F 2Pnlmm时镀1220撤米。21.弹簧技术条件按CB861一760共20页第14页CB/Z 144-78 附录1单簧的设计步骤和计算示倒甲、弹蟹的设计步骤1.按照弹簧具体工作条件及安装空间确定原始参数，如

17、Pz,Fa、n.等。2.按负荷性质选用材料，确定弹簧材料的允许扭转工作应力，剪切弹性模数G，或弹性模数E。3.根据弹簧的强度和刚度条件，计算基本数据。4.确定弹簧的基本参数。5.进行稳定计算。6.受动负荷弹簧进行疲劳强度计算。7.绘制弹簧工作圈。二、弹簧设计计算来倒一受静负荷及有限作用次数的交变负荷的压缩弹簧：1.原始条件：(1）最大工作负荷P2=9.5kG;( 2）最大工作负荷下的变形量Fz=l3mrn;(3）弹簧的外径D不大于15mm;(4）在海水中工作；( 5）弹簧选用E级（负荷均匀增加。2.根据以上条件选用营销线查表4，得：40kG/mm24000kG/mm23.计算弹簧的基本参数，按

18、表？公式计算。首先选旋绕比C=6.5查表6K=l.23 青铜线直径d1.6旦旦16 j9.5 6. .23 2.2Y T r 40 则：D2=D-d=l5-2.2=12.8mm 4.确定弹簧的其他参数，按表丁选取公式计算。(1）工作国数nm m Gd4F2 4000X2.24X13 n一一一3 =7.65 一8P2m8 9.5x12.8 选n为8圈(2）压缩弹簧的支承圈凡2.5( 3）弹簧总圈数n1n1=n+nz=8+2.5=10.5 (4）最小工作负荷PiI 1 1 叫一一一一iP2=0.4P2=3.8kG 飞32 J 2 2 (5）最小工作负荷下的变形量FiF P1F崎38x13z一斗z一

19、一一5.2mm1 P2 9.5 ( 6）允许极限负荷p31rd3 1r x 2.23 x 50 P3=g万；万8x12.8x1.23 =13.3kGl.25P2=11.87kG CB/Z 1”76 (7）弹簧的试验负荷P,P,=(1.11.15)P2=1.15 x 9.5=10.9kG (8）弹簧刚皮Pp, 9.5 P居一一0.73kG/mmF2 13 Gd4 4000x2.24 P否万In=8 12.83 8 =0.73kG/mm (9）最大负荷下的单圄变形量f2 f BP2m 8x9.5 12.83 2二万7=4000 2.2 4 =1.7mm F2= f2n=l.7x8=13.6mm (

20、10）极限负荷下的单圄变形量3l Pa 13.3 一一一一一一2.28mm3 p n 0. 73 x 8 F3= /an=2.28 X 8=18.2mm (11)弹簧的问距6o = /s=2.28mm (12）弹簧的节距tf=d + o=2.2 +2.28=4.48mm (13）螺旋角4.48 tg-l一一tg-t=0.1115吨。22;rD2 3.14 12.8 04）弹簧的自由长度HH=o.十（n.-0.5)d=2.28 8+ (10.5-0.5) x 2.2=40.2mtn (15）弹簧展开长度LL 3tfl2n 31412.88 一一一一=324mm 0.9938 (16）弹簧压缩时的

21、外径DD=! D2 + （）z忏r=I 152 （华r一（子r=15.2mm (17)压缩弹簧的稳定性指标bb _ H 40.2 一一3.14D2 12.8 (18）压缩弹簧的重量QQ ;r2d.2D2(n1-0.5)”_, 11:2 x 2.22 12.8 x (10.5一0.5.) - 4 x cos一4 x 0.9938 x 0.0088 Q =13.5kg (19）最大工作负荷下的扭转应力勺T?8P2D2 1.23 8 9.5x 12.8 2=K丁T骂3.142.23一35.8kG/mm2(20）按图4绘制弹簧工作图（略）。（工）受静负荷及有限作用次数的交变载荷的拉伸弹簧计算：1.原始

22、条件：共20页第15页共20贾第16贾CB/Z 144.,.76 (1）最大工作负荷P2=39.62kG;(2）最大工作负荷下的变形量F2=69mm;( 3）弹簧外径D33mm;(4）最小工作负荷P1=2.83kG;(5）为保证拉伸弹簧的性能，使其弹簧具有初应力，其假想变形为Imm;“工作介属为潮湿空气，有时漫在海水中；(7）制造精度为1级。2.根据原始条件选用镀青铜线QBe2，由表4查得：G=4300kg/mm20.840=32kG/mm23.计算弹簧的基本参数。按表7公式1计算弹簧丝直径d，首先选弹簧的旋绕比C=5.7查表6,K=l.27 I P 2C K /39. 62 5.7 1.27

23、 d=l.6rl一1.6r/ n =4.8mm YY员。4.确定其他参数。( 1 ）确定在P1作用下的受力变形F1D2=Cd=27 .4mm F-I -JA A pF F- P-F 一F-F P一P 将代人整理后得F =P1F2-(P2-P1)F =2.83 69- (39 .62-2 .83）1，一一一一一一I P2 39.62 哇山(2）确定弹簧卫作圈n(F2F1)GKd4 (69-4)x4300 1.27 4 .84 n= 8(P2-1P1)m = 8(39.62一2.83)X27.43=3l圈(3）弹簧预应JPoFi(P2-P1) 1 (39 .62-2.83) =ff.566 kG

24、o- Fz-F1 - 69-4 ( 4）弹簧的极限负荷p3trd33.144,83 x 56 0.8 P3缸瓦18 x 1.27 x 27.4 =55.6kG1.25P2=49.5kG ( 5）最大工作负荷下的扭转应力T运TBP借口”1.27 x 8 39.62 27.4 2=K亏3.14 x 4 83 =31.7kG/mm叩门( 6）弹簧的刚度PP2-P1 39.62 2.83P一一一一一=0.566kG/mm Fz-F1 69-4 (7）最大负荷下的单圈变形量！2I 2 F , 69 =_:_:_ 一一2.2mm31 (8）极限负荷下的变形量F3CB/Z 144一76共20页第17页p3

25、69.5 F3一一一123mmP 0.566 ( 9）极限负荷下单圈变形最IsI 3 F 123 2一一一3.96mm31 (10）拉伸弹簧的自由长度H（应绘图后再计算钧环长度，设每头的钩环长度为28.2mm)H=dn十钩环长度4.831+2 28.2=205.2mm (11）弹簧展开长度LL=:rcD2n钩环展开长度口2670mm钩环展开长度(12）试验负荷P.P,= (1.1 1.15)P2=43.6kG (13）按图6格式绘制弹簧工作图（略）。（三受静载荷下的扭转弹费：1.一根扭转弹费用在负荷均匀地增加的机构里，已知工作条件是：( 1 ）最小工作扭短M1=6.85kG/mm; (2）最大

26、工作扭短M2=80kG/mm;(3）工作扭转角叭一1=50。；( 4）用d=2.5mm的E组跋素弹簧钢丝，试核算能不能用，并求制造上的主要尺寸。2.由YB248-64查得d=2.5mm的E组碳素弹簧钢丝83kG/mm2，6=165kG/mm，20.5b=83kG/mm2，1.25=104kG/mm2 3.计算弹簧基本尺寸：(1）弹簧指数C选为7，则由表61坚Ki=l.13(2）弹簧丝直径da/3i.IJJ(; s/32 x 80 x 1.13 -:;.-y亏抒）与3.14 x 83 223mm 用d=25mm的中级碳素弹簧钢丝可以用决定取d=2.5mm(3）中径D1=dc=2.5x 7=17

27、.Smm (4）弹性模数E=2.1x104kG/mm2End(l.25M2 故此，弹簧能用。NPMslOOkgmm (10）极限扭矩下的扭转角叭M, 141 i-4 I 4 I 1一3.513.5一5.ol5.o l i.5-4.ol 4.o -0.03 I -0.02 I -0.01 I阳0.01I o +0.01 I +0.02 l +0.01 I +0.02 I +0.03 合金弹簧钢丝（需悴火）：青铜线：Du根据料径按下表选择：材料牌号d D, D0=(u十O.Ol)D1c5时选用u = 1-0 .0065C D0=(u+D）D, u =1-0.014C 0.12.50 -0.01 Q

28、Si3-1 2.树4.00。注z制造芯轴需经热处理磨光，其外径公差为Do土i:i1.QSn4-3 4.106.00 +0.01 用锥青铜制造弹蟹，如用硬态按青铜钱选取，用软态料绕簧其芯轴直径可按合金弹簧钢丝需津火选用。挠簧时铜青铜丝压板与绕簧芯轴的距离不大于2omm。共20页第20页CB/Z 144一76附录三弹簧的热处理用不同材料制造的弹费，可按表1和表2进行热处理。1.用冷拉硬态线材绕制而成的弹簧。可按表1进行低温回火。表1材料牌号1规格（mm)I瘟钟分阳叫时温保度度冷却剂碳素弹簧钢丝和特殊用0.141.0 250280 20 途的碳素弹簧钢丝1.12.6 250280 30 空气或水2.

29、6以上250280 40 0.101.0 170220 40 硅青铜和锡青铜1.12.6 170220 60 空气或水2.6以上170220 60 0.101.8 240300 60 蚀青铜L92.6 240300 空气或水6090 2.6以上240300 0.201.0 30Q360 20 1Cr18Ni9 ,1Cr18Ni9Ti 1.12.6 300360 30 空气或水2.6以k300360 40 1.02.6 280320 20 65Mn 2.63.2 280320 30 11so 380420 水4448 60Si2MnA 855880 油so 400460 水4050 50CrVA 850870 汹54 370420 水4050 4Cr13 10001100 汕54 500550 水4050 65Si2MnW A 840860 汹62 440470 * 4750 注，津火保温时间3盐浴炉0.40.6分mm计$空气炉i.21.5分mm计。回火保血时间g以2.53分jmm 计算（最小不小子20分钟，一般盐炉取2.5分mm空气炉取3.0/mm。被青铜QBe2 f于火力11热应尽量采用气体保护炉，如果使用空气炉碎火必须采取密封保护措施，碎火转移时间不应大于5秒，时放时间约2.53小时，不应太短。