彈簧設計的任務（wù）是要確定彈簧絲直徑（jìng）d、工（gōng）作圈（quān）數n以及其它幾何尺（chǐ）寸，使得（dé）能滿足強度約束、剛度約束及穩定（dìng）性約束條件，進一步地還要求相應的設（shè）計指標(如（rú）體積、重量、振動穩定性等)達到最好。

具體設計步驟為：先根據工作（zuò）條件、要求等，試選彈簧（huáng）選材、彈簧指數C。由於sb與d有關（guān），所以往往還要事先假定彈簧絲的直徑d。接下來計算d、n的（de）值（zhí）及相應的其它幾何尺寸，如果所得結（jié）果與設（shè）計條件不符合，以上過程要重複進行（háng）。直到求得滿足所有約束條件的解即為本問題（tí）的一個可行方案。實際問題中，可行方（fāng）案是不唯一的（de），往往需要從多個可行（háng）方案中求得較優解。

例12-1設計一圓柱形螺旋壓縮彈簧（huáng），簧絲剖麵為圓形。已知最小載荷Fmin=200N，最大載荷Fmax=500N，工作行程h=10mm，彈簧Ⅱ類工作，要求彈簧外徑不超過28mm，端（duān）部並緊磨平。

解：

試算(一)：

(1)選擇彈簧材（cái）料和（hé）許用應力。選用（yòng）C級碳素彈簧鋼絲。

根據外徑要求，初選（xuǎn）C=7，由C=D2/d=(D-d)/d得d=3.5mm，由（yóu）表1查得sb=1570MPa，由表2知：[t]=0.41sb=644MPa。

(2)計算彈簧絲直徑d

由（yóu）式得K=1.21

由式（shì）得d≥4.1mm

由此可知，d=3.5mm的初算值（zhí）不滿足強度（dù）約束條件，應重新計算。

試算(二)：

(1)選擇彈簧材料同上。為取得較（jiào）大的I>d值，選C=5.3。

仍由C=(D-d)/d，得d=4.4mm。

查表1得（dé）sb=1520MPa，由表2知[t]=0.41sb=623MPa。

(2)計算彈簧絲直徑d

由式得（dé）K=1.29

由式得d≥3.7mm。

可知：I>d=4.4mm滿足強度約束條件。

(3)計算（suàn）有效工作圈數n

由圖1確定變形量λmax：λmax=16.7mm。

查表2，G=79000N/mm2，

由式得n=9.75

取n=10，考慮兩端各並緊一圈，則總圈數n1=n+2=12。至此（cǐ），得到了一個滿足強度與剛（gāng）度約束條件（jiàn）的可行方（fāng）案，但考慮進（jìn）一（yī）步減少彈簧外（wài）形尺寸與重量，再次進行試算（suàn）。

試算(三)：

(1)仍選以上彈簧材料（liào），取C=6，求得K=1.253，d=4mm，查表1，得sb=1520MPa，[t]=0.41sb=623MPa。

(2)計算彈簧絲直徑。得d≥3.91mm。知（zhī）d=4mm滿足強度條件。

(3)計算有效工作圈數n。由試算(二)知，λmax=16.7mm，G=79000N/mm2

由式得n=6.11

取（qǔ）n=6.5圈，仍（réng）參考兩端（duān）各並緊一圈，n1=n+2=8.5。

這一計算結果即滿足強度與剛度約束條件（jiàn），從外形尺寸和重量來看，又（yòu）是一個較優的解，可將這個解初步確定下來，以下再（zài）計算其它尺寸並作穩定性校核。

(4)確（què）定變形（xíng）量λmax、λmin、λlim和實際最小（xiǎo）載荷Fmin

彈簧的極限（xiàn）載荷為：

因為工作圈數由6.11改為6.5，故彈（dàn）簧的變形量和最小載荷也相應有所變（biàn）化。

由式得：

λmin=λmax－h=(17.77-10)mm=7.77mm

(5)求彈簧的節距p、自由（yóu）高度H0、螺旋升角γ和簧絲展開長度L

在Fmax作用下相鄰兩圈的間距δ≥0.1d=0.4mm，取δ=0.5mm，則無載荷作用下彈簧（huáng）的節距為

p=d+λmax/n+δ1=(4+17.77/6.5+0.5)mm=7.23mm

p基本符合在(1/2～1/3)D2的規（guī）定範（fàn）圍。

端麵並緊磨平的彈簧自由高度為

取標準值（zhí）H0=52mm。

無載荷作用下彈簧的螺旋升角為

基本滿足γ=5°～9°的範圍。

彈簧簧絲（sī）的展開長度

(6)穩定性計算

b=H0/D2=52/24=2.17

采用（yòng）兩端固定支座，b=2.17<5.3，故不會失穩。

(7)繪製彈簧特性線和零件工作圖（tú）。