如何增强弹簧的强度？

寻找橡树的木棉

手头遇到一个棘手的问题，其实不难，本人初涉及到，有点晕乎。

! M7 w5 ^5 e& S' I) G; N原有弹簧是内孔32.3，外径36.7，弹簧截面是6*2.2的长方形截面，强度不够。前提是总长度不便，弹簧的内外圈尺寸不变，我现在采用的是增加螺距和弹簧截面的尺寸，变为7*2.2，这样一来就减少了有效弹簧圈数，不知道这样能否增强强度，根据胡克定律F=k*x来计算的话，也不是很清楚 ，k=EI/L,
, ]8 }' D& t' x% B, Z: t
0 [( r! X- r) `; [这样的结果不知道对不对，还是得专门用设计弹簧的公式计算呢？

# W' W' i' n# o4 q& R; T求教各位，望给意见，谢谢！

猛龙C

  z" B" V9 }& j+ ?4 H) V前一段日子计算弹簧，用到一部分资料，可能正好适合于你，现贴出，供参考。

猛龙C

刚才贴的东西上下标不分，再贴一下。

9 S/ g" ]" r5 o- y. I, y6 e弹簧的弹性系数
) g6 A$ |7 o7 b, z$ _, j7 n弹簧的弹性系数k与弹簧的直径，弹簧的线径，弹簧的材料，弹簧的有效圈数有关。具体关系是：
6 p' z5 l+ N2 a8 F3 }与弹簧圈的直径成反比，
9 p! S% F3 A9 G, \0 T与弹簧的线径的4次方成正比，
# H5 M! {5 h8 W1 ?) C4 f8 K: [与弹簧的材料的弹性模量成正比，
/ u9 x1 d1 U: U- ?与弹簧的有效圈数成反比.
c=F/λ＝Gd4/8D23n＝Gd/8C3n
上式中：
c：弹簧的刚度，（即你所说的弹性系数，中学物理叫倔强系数k）；
: V: \0 F+ f) S' [5 \3 HF：弹簧所受的载荷；
* z( Y" E: [4 v4 D4 ^( K& K5 Aλ：弹簧在受载荷F时所产生的变形量；
& Z0 t$ h4 S7 _+ \G：弹簧材料的切变模量；（钢一般取8×104MPa，青铜一般取4×104MPa）
d：弹簧丝直径；
D2：弹簧直径；
0 w- X6 y- }5 A* v; K; b3 S- yn：弹簧有效圈数；
% x& Z- t" D  K3 x2 D3 N6 zC：弹簧的旋绕比（又称为弹簧指数 ）
7 c3 o- y$ o+ [5 E1 I2 m由上式可知。当其它条件相同时，C值愈小的弹簧，刚度愈大，亦即弹簧愈硬；反之则愈软。还应注意到，C值愈小，弹簧内、外侧的应力差愈悬殊，卷制愈难，材料利用率也就愈低，并且在工作时将引起较大的扭应力。所以在设计弹簧时，一般规定C≥4，且当弹簧丝直径d越小时，C值越宜取大值。
/ F( x0 T; E  q6 ^/ |9 B6 h其实上面这个公式是根据微段弹簧丝ds受转矩后扭转dθ，从而产生微量变形dλ，再将dλ积分而得到圆弹簧丝螺旋弹簧在受载荷F后所产生的变形量。

4 J  a- E$ J3 m% R: k- w' H9 g/ h关于弹簧的旋绕比
% M; z/ v+ Q2 u7 B  Q6 n! o2 b# e又称弹簧指数。
用C=D/d表示。
" V9 B6 ?% @  W! s6 o, |' v& vD表示弹簧中径，d表示弹簧钢丝直径。
弹簧指数C影响弹簧的强度、刚度、稳定性及制造的难易。
C值大，中径D较大，钢丝直径较小，弹簧较软，刚性小，容易变形，容易绕制。C值小，则相反，弹簧较硬，刚性大，不易绕制。
' {$ a, o5 ]4 H4 d: r设计中，一般推荐取4≤C≤14。具体选择可参考小表：
2 ?& ]+ H& s0 {

d/mm   0.2～0.4 0.5～1 1.2～2 2.5～6 7～16 ≥18

C=D/d    7-14    5-12   5-10   4-9    4-8   4-6

弹簧钢切变模量G

标准值G=8×104MPa
弹簧材料60Si2MnA经450℃回火处理后的切变模量83160MPa与传统的8×104MPa相比就可使弹簧的变形量相差约3．95％；而与GB／T1239．6-92中规定的78×103N／mm2则相差6．62％。如果弹簧材料为铬钒钢，如50CrVA，取其600℃回火时(硬度约为47．5HRc)的切变模量G值为86600MPa［6］G＝8×104MPa和78×103N／mm2相比较，分别相差8．25％和11．03％。亦即，当弹簧材料、钢丝直径、弹簧中径、有效圈数以及结构、载荷等都保持不变时，只是由于材料经过热处理后的切变模量值改变，将使弹簧的变形量早在设计计算时就已产生了先天性误差3．95％或6．62％，甚至更达8．25％或11．03％。这个误差并不是由于弹簧尺寸和材料内部的组织不均匀所造成的，而是人为的误处理或忽略了热处理对材料切变模量的影响。因为，切变模量不仅仅是材料本身固有的特性，而且还与热处理状态有关，并决定弹簧的变形量与载荷之间的关系。
为此，笔者认为，在对特性线要求较高的螺旋弹簧进行设计计算时，似应根据弹簧的服役条件，如工作温度、载荷等，且考虑热处理对其切变模量的影响。即按热处理后的弹簧材料的切变模量取值，而不是传统的给定值。即使对于特性线要求不高的螺旋弹簧来说，也不该不考虑弹簧经过热处理后的切变模量的变化。至于具体应取何值，这主要根据弹簧的工作条件、载荷性质等确定。一般情况下，弹簧需经淬火加中温回火处理。按GB／T1239．6-92规定，热处理45HRC～50HRC，要在相应的回火温度和硬度要求范围内选取切变模量。

negtive

强度肯定会上升。但是你要考虑最大使用载荷会不会超过材料的许用应力极限。
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% @# w- H4 A: x  Y! p

寻找橡树的木棉

猛龙C 发表于 2014-11-4 16:57
. d/ }6 a- [- u. a" k3 U刚才贴的东西上下标不分，再贴一下。
3 r3 [+ {/ B- N
弹簧的弹性系数

万分感谢，很有帮助！

寻找橡树的木棉

negtive 发表于 2014-11-4 20:42
% d( r) a# k+ U1 O1 P8 {强度肯定会上升。但是你要考虑最大使用载荷会不会超过材料的许用应力极限。

! ^7 Z( ^; [  F& K这个倒是忘了，多谢提醒啊！