彈簧對于大夥來說，并不陌生，在多數的産品中很常用，因為它的力相對恒定，可控。

最常用到的産品有遙控器，電子玩具，夾子，還有就是電池蓋按鈕等。

這些都有用到彈簧來實現某種機構功能。

那麼彈簧又有哪些種類呢？

最常用的是三種，壓簧，拉簧，扭簧。除此之外還有氣門彈簧、懸架彈簧、膜片彈簧、減震彈簧、液壓彈簧、油泵彈簧、碟形彈簧、高溫彈簧、卡簧、渦卷簧以及異性彈簧等。

下面就壓簧，拉簧，扭簧進行介紹

【一】

彈簧的彈性系數與哪些因素有關？

彈性系數，即倔強系數（勁度系數）。它描述單位形變量時所産生彈力的大小。K值大，說明形變單位長度需要的力大，或者說彈簧“硬”。勁度系數又稱剛度系數或者倔強系數。勁度系數在數值上等于彈簧伸長（或縮短）單位長度時的彈力。

那麼有哪些因素會影響到彈簧的彈性系數呢？

我們先來了解下一般彈簧都有哪些參數，彈簧有線徑、外徑、内徑、圈數、材料等基本參數。

在以上的幾個參數中，他們對彈簧的彈性系數K值有着什麼關系呢？

1，彈簧的彈性系數。

2，彈簧的彈性系數與彈簧的外徑成反比，也就是彈簧的外徑越大，那麼他的彈性系數越小。

3，彈簧的彈性系數K值與彈簧的線徑的4次方成正比。

4，彈簧的彈性系數K值與彈簧的材料的彈性模量成正比。

5，彈簧的彈性系數K值與彈簧的有效圈數成反比。

因此我們在彈簧設計的過程中，可以根據以上關系來調整彈簧的結構來達到滿足需求的彈性系數。

【二】

彈簧的材料一般有哪些？

根據GB/T 13304《鋼分類》标準，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬于機械結構用鋼；按照質量等級，屬于特殊質量鋼，即在生産過程中需要特别嚴格控制質量和性能的鋼。按照化學成分分類：

1、碳素彈簧鋼:多采用材質為：65#,70#、65Mn、82B、72A、72B鋼絲，特點是可塑性低，彈性強，抗應力能力強。

用 途：多用于席夢思床、汽車及各種靠墊、機械制造、文具電動工具、體育用械、扭簧用、拉簧用、電器設備等行業.

規格範圍：線徑 Φ0.20mm-Φ6.50mm，用于制造在冷狀态下纏繞成形而不經淬火的彈簧

2、合金彈簧鋼：合金彈簧彈鋼是用于制造制彈簧或者其他彈性零件的鋼種。彈簧一般是在交變應力下工作，常見的破壞形式是疲勞破壞，因此，合金彈簧鋼必須具有高的屈服點和屈強比（σs/ σb）、彈性極限、抗疲勞性能，以保證彈簧有足夠的彈性變形能力并能承受較大的載荷。

同時，合金彈簧鋼還要求具有一定的塑性與韌性，一定的淬透性，不易脫碳及不易過熱。一些特殊彈簧還要求有耐熱性、耐蝕性或在長時間内有穩定的彈性。

中碳鋼和高碳鋼都可作彈簧使用，但因其淬透性和強度較低，隻能用來制造截面較小、受力較小的彈簧。合金彈簧鋼則可制造截面較大、屈服極限較高的重要彈簧。

在一些特定要求的場合，如在酸堿度較高、潮濕的環境我們還經常用到不鏽鋼材料來制作彈簧。

常見彈簧的材料種類：

1、油淬火 回火彈簧鋼絲

2、碳素彈簧鋼絲

3、非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲

4、工具鋼冷軋鋼帶

5、回火彈簧鋼絲用熱紮盤條

6、鉻釩彈簧鋼絲

7、鉻釩合金彈簧鋼絲

8、矽錳合金彈簧鋼絲

9、火鉻矽合金彈簧鋼絲

10、矽錳彈簧鋼絲

11、鉻釩彈簧鋼絲

12、鉻矽彈簧鋼絲

13、 彈簧鋼鋼材

具體材料的标号、剪切模量、性能見下表：

【三】彈簧力度設計與計算

F=kx，F為彈力，k為勁度系數，x為彈簧拉長的長度

比如要測試一款5N的彈簧：用5N力拉勁度系數為100N/m的彈簧，則彈簧被拉長5cm

F=kx,k是勁度系數（單位為牛頓每米），x是彈簧伸長量（單位為米），這定律叫胡克定律

比如：一彈簧受大小為10N的拉力時，總長為7cm，受大小為20N的拉力時，總長為9cm，求原長和伸長3cm時受力大小。

是不是看上去好複查的樣紙，一頭霧水，而對于我們結構設計來說，重點是在現有的尺寸上滿足力度要求。OK，先從壓簧開始。

1，壓簧的計算

首先要明确我們所設計的彈簧有什麼要求，通過裝配件我們要确定我們的彈簧應當用什麼結構，外徑或是内徑大小，工作行程，載荷及工作環境。

彈簧參數

⑴彈簧絲直徑d：制造彈簧的鋼絲直徑。

⑵彈簧外徑D2：彈簧的最大外徑。

⑶彈簧内徑D1：彈簧的最小外徑。

⑷彈簧中徑D：彈簧的平均直徑。它們的計算公式為：D=（D2 D1）÷2=D1 d=D2－d

⑸t：除支撐圈外，彈簧相鄰兩圈對應點在中徑上的軸向距離成為節距，用t表示。

⑹有效圈數n：彈簧能保持相同節距的圈數。

⑺支撐圈數n2：為了使彈簧在工作時受力均勻，保證軸線垂直端面、制造時，常将彈簧兩端并緊。并緊的圈數僅起支撐作用，稱為支撐圈。一般有1.5T、2T、2.5T，常用的是2T。

⑻總圈數n1:有效圈數與支撐圈的和。即n1=n n2.

⑼自由高H0：彈簧在未受外力作用下的高度。由下式計算：H0=nt (n2-0.5）d=nt 1.5d(n2=2時）

⑽彈簧展開長度L：繞制彈簧時所需鋼絲的長度。L≈n1（ЛD2）2 n2（壓簧）L=ЛD2n 鈎部展開長度（拉簧）

⑾螺旋方向：有左右旋之分，常用右旋，圖紙沒注明的一般用右旋。

⑿彈簧旋繞比：中徑D與鋼絲直徑d之比。

字符含義c = 彈簧直徑比 (c=D/d; c=D/b) [-]b = 線寬 [單位：mm, in]d = 線徑 [單位：mm, in]D = 中心直徑 [單位：mm, in]F = 彈簧負載 [單位：N, lb]G = 剪切彈性模量[單位：MPa, psi]h = 線高 [單位：mm, in]k = 彈簧系數 [單位：N/mm, lb/in]Ks= 曲線校正因數 [-]L0 = 自由長度 [單位：mm, in]LS = 固體高度 [單位：mm, in]n = 有效圈數 [-]p = 節距[單位：mm, in]s = 彈簧變形[單位：mm, in]Ø =形狀系數 t [-] (e.g. DIN 2090)t =彈簧材料扭應力 [單位：MPa, psi]

OK，還是看不懂，下面根據軟件模拟與實列來學習:

比如：彈簧材料用的是SUS304，中經為2mm，線材直徑0.2mm，原始長度5mm，工作長度為4mm，最大壓縮到3mm。

根據軟件來分析一下它的力是多少？

聲明一下：不是廣告，人家也沒有找我廣告，本來想馬賽克，但是考慮人家那麼辛苦的做出來，而且免費奉獻，還是值得給人家推廣的。這個是線上彈簧公式計算，真的蠻好用的。

根據上圖計算結果，可以看到力的參數，見下圖：

彈簧的K值為21.88g/mm。彈簧的工作狀态彈力為21.88g，極限彈力為43.75g。軟件計算也進行了N牛頓換算。

那麼這個參數就是我們需要的。

2，拉簧的計算

拉伸彈簧的拉力、變形和強度計算與壓縮彈簧基本相同，兩者隻是受力、變形和應力的方向相反。因此，壓縮彈簧的基本計算公式同樣可以應用于拉伸彈簧。

初拉力與材料的種類、性能、直徑和彈簧的旋繞比、耳環的型式、長短以及彈簧的加工方法都有直接的關系。

用冷拔成形并經過強化處理的鋼絲且經冷卷成形後的拉伸密圈彈簧，都有一定的初拉力。

不鏽彈簧鋼絲與碳素彈簧鋼絲制成的彈簧比較，初拉力要小12%左右，彈簧消應力回火處理的溫度越高，初拉力越小；制成彈簧需要經熱處理淬火的拉伸彈簧就投有初拉力.

拉伸彈簧用于兩種基本設計：

1) 預壓彈簧

冷成型拉伸彈簧适合預應力加工，因此工作線圈封閉。預壓彈簧可以增加彈簧的負載容量。對于指定長度彈簧變形，必須使用無預壓的更高負載。預壓産生于彈簧線圈的卷繞過程中。尺寸大小依據使用的材料，彈簧指數和卷繞方式。

釋義：也就彈簧線圈與線圈是有間隙的，可以壓縮的。

2) 無内部預壓彈簧由于技術原因如果沒有必要，可以使用松的線圈彈簧，沒有預壓 ，工作線圈之間有間隙。自由狀态下的線圈間距通常為 0.2*D < p < 0.4*D。

OK，根據公式再用軟件模拟一下

比如：彈簧材料用的是SUS304，一般彈簧彈簧，彈簧拉鈎長度5mm，中經為2mm，材料直徑為0.2mm，彈簧10圈，拉伸後長度最小6mm，最大7mm。

根據軟件來分析一下它的力是多少？

根據上圖計算結果，可以看到力的參數，見下圖：

彈簧的K值為17.5g/mm。彈簧的最大需要93.51g的拉力，最小要76.01g的拉力。軟件計算也進行了N牛頓換算。

那麼這個參數就是我們需要的。

彈簧收尾設計見以下參考圖

3，扭簧的計算

要想設計扭轉彈簧，那麼我們必須先了解扭簧參數以及工作中的一些技術要求。

下面我們對照扭簧參數圖來解釋一下這些基本參數

上面這個圖紙是個很典型的扭簧，其中包括了很多參數指标，下面一一講解：

d (彈簧線徑) :該參數描述了彈簧線的直徑，也就是我們說的彈簧鋼絲的粗細，默認單位mm。

Dd (心軸最大直徑)：該參數描述的是工業應用中彈簧軸的最大直徑，公差±2%。

D1 (内徑): 彈簧的内徑等于外徑減去兩倍的線徑。扭簧在工作過程中，内徑可以減小到心軸直徑，内徑公差±2%。

D (中徑): 彈簧的中徑等于外徑減去一個線徑。

D2 (外徑) : 等于内徑加上兩倍的線徑。扭簧在工作過程中，外徑将變小，公差(±2%±0.1)mm。

L0 (自然長度)：注意：在工作過程中自然長度會減小，公差±2%。

Tum (扭轉圈數)：彈簧繞制的圈數，圈數的不同直接影響扭簧的性能。扭簧的圈數越多扭力越小。

deg (原始角度)：扭簧的兩個扭腳之間的原始角度。上圖的原始角度為180°。

X1 (支承長度): 這是從彈簧圈身中軸到彈簧支承的長度，一般工作中是固定不動的，也就是我們所說的固定力臂，公差±2%。

X2 (施力長度)：這是從彈簧圈身中軸到彈簧施力點的長度，一般工作中是轉動的，也就是我們所說的施力力臂，公差±2%。

A1 (工作扭轉角度):扭轉彈簧的在工作中扭轉的角度。

An (最大扭轉角度):扭轉彈簧的最大扭轉角度。

F1 (工作負荷)：扭簧在工作角度A1時作用在扭轉彈簧支承上的作用力。

Fn (最大負荷)：允許作用在扭轉彈簧支承上的最大力，對應的是An最大扭轉角度時所需的作用力。

M1 (工作扭矩): 扭簧在工作角度A1時允許扭矩(牛頓*毫米)。

Mn (最大扭矩): 最大允許扭矩(牛頓*毫米)，對應的是An最大扭轉角度時的允許扭矩。

K (彈簧剛度): 這個參數确定彈簧工作時的阻力。單位牛頓 * 毫米/度，公差±15%。

A1 & F1 &M1 :(扭轉角度，負荷和扭矩) : 以下公式可算出扭轉角度A1 = M1/R. 知道負荷，可用公式M = F*Ls計算扭矩。

支承位置：扭轉彈簧的支承有四個位置：0°, 90°,180°和 270°(請看上圖)。

螺旋方向 : 右旋彈簧反時針方向旋，左旋彈簧順時針方向旋。我們的所有彈簧兩種旋向都可生産。

扭簧按兩種基本設計制造：緊和松（線圈間隙）。如果是靜态負載，緊湊的線圈為推薦選項。但是，工作線圈之間出現摩擦，這将導緻彈簧壽命減少。另外，線圈的過于接近的間隙阻止彈簧完美噴丸。

OK，根據公式再用軟件模拟一下

比如：材料用的是SUS304，彈簧中經為5，線材直徑0.2，圈數10，固定角度90，臂長3，工作角度25度，預壓10度後為35度。

根據軟件來分析一下它的力是多少？

根據上圖計算結果，可以看到力的參數，見下圖：

彈簧的K值為0.16g/mm。旋轉後總長度為2.27mm，旋轉後直徑變成了4.7mm，最小扭力1.02g，最大扭力1.43g。

那麼這個參數就是我們需要的。

彈簧收尾設計見以下參考圖

【四】

彈簧表面處理與測試要求

【結語】

1，以上大部分信息來源于旭佳創彈簧網，很好的一個網站，基本滿足了結構設計需要的專業數據，所以，就沒有打碼處理，真的不是來打廣告的。

2，除了上面3種常用彈簧計算，其實上面還有金屬薄闆彈力計算軟件模拟，見下圖：

有興趣可以去逛一逛。

3，如你有更好的彈簧模拟計算軟件，可以在後台或者在分享群分享出來吧，在此謝過了！

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