圆柱压缩弹簧的设计浅议（附PROE参数PART档）

只看该作者 · 发表于 2006-6-12 13:28:55

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本着来自网络，回馈网络的原则，与大家共参。

以下附件来自网络流传的PROE零件库（包括螺丝，法兰，齿轮等）中的压缩弹簧，经本人略作修改而成。未作严格测试，请斟酌下载。另，感谢原作者，虽然已经找不到为何人也。

压缩弹簧的应用非常的广泛。本文无意在弹簧的设计各方面都作深入的分析，而是结合proe中的参数化设计，谈谈弹簧设计时如何更快捷、简便。

弹簧相关的资料的简单介绍，不清楚的请参阅专业书籍。

1、几何尺寸
d为钢丝的直径
D2为弹簧的中径
D为弹簧的外径
C：弹簧的旋绕比，其值为D2/d
n为有效圈数
n0有为总圈数，其值为n+2（3/4~5/4），我这part档里取值为n+2（对于小直径的冷卷簧）
λ为工作行程
t为弹簧节距，其值为d+λ/n+0.1d
δ为钢丝间距，值为t-d
H0为弹簧的自由长度，值为nδ+( n0-0.5)d，我这取两端并紧磨平
ɑ为螺旋角，值为arctan（t/πD2）
L钢丝的总长，为（πD2 n0）/cosɑ，我这只取压缩弹簧

2、强度计算
切应力τ=K8F D2/πd3
K=0.615/C+(4C-1)/(4C-4)，于是，用此切应力对比与材料的屈服极限即可验证静强度。关于疲劳强度的验算，请参看书籍，不赘述。
工作行程λ可以这样求:8nFC3/Gd，其中G为切变模量。根据这个公式，我们可得出压缩量与F（弹力）、钢丝直径、旋绕比、有效圈数等的关系。

3、我的part的使用说明。
A，点“再生”重新生成PART
B，会出现提示，输入，钢丝直径，外径，工作行程，长度（非材料长度）。为什么要这样设定？我是基于这样的考虑，从上面的知识和公式，我们可以知道，丝径与旋绕比与压缩量与总长与有效圈数都是很有关系的。但我们在实践中，一般就只要知道，压缩量与总长，丝径与外径就大致了解一个弹簧是什么样了。根据实际，一般我们要估计丝径与外径（请按公式或参看其他资料），然后呢，要根据自己的弹簧应用的场合的力学需要，来选压缩量和长度，当然也可自己先估计压缩与总长，再反推出力的大小。总之，弹簧相关的参数是互相依存的，我在这里把有效圈数不作为输入，但是在信息下拉菜单里可以自己调出，作为参考。F以及τ亦作如此处理。这样，大家，输入参数后，生成的part里可以验算出你的设计是否合适，如不行，可再改，直到OK。
C，举例，默认的状态下钢丝0.5，外径6，压缩5，总长9mm，模量80000Mpa，在proe的“信息”下拉菜单里点击“关系和参数”可看到如下些参数
有效圈数                   5.909091e+00
弹力                      3.178640e+00
切应力                      4.027747e+02
通过与材料的屈服极限可验证静强度。