彈（dàn）簧設計的（de）任務（wù）是要確定彈簧絲直徑d、工作圈數n以及其它幾何尺寸，使得能滿足強度約束、剛度約束及穩定性約束條件，進一步地（dì）還要求（qiú）相應的設計指標(如體積、重量、振動穩定性等)達到最好（hǎo）。

具體設計步（bù）驟為：先根據工作條件、要求等，試選彈簧選材、彈簧指（zhǐ）數C。由於sb與d有關，所以往往還要事先（xiān）假定彈簧絲的直徑（jìng）d。接下來計算d、n的值（zhí）及相應的其它幾何尺寸，如（rú）果所得結果與設計條件不符合（hé），以上過程要重（chóng）複進行。直到求得滿（mǎn）足所有約束條件的解即為本問題（tí）的一個（gè）可行方案。實際問題中，可行方案是不唯一的，往往（wǎng）需要從多個可行方案中求得較優解（jiě）。

例（lì）12-1設計一圓柱（zhù）形螺旋壓縮彈簧，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，端部並緊磨平。

解：

試算(一)：

(1)選擇彈簧材料和許用應力。選用C級碳素彈簧鋼絲。

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

(2)計算彈簧（huáng）絲直徑（jìng）d

由（yóu）式得K=1.21

由式得d≥4.1mm

由此可（kě）知，d=3.5mm的初（chū）算值不滿足強度約束條（tiáo）件，應（yīng）重新計算。

試算(二)：

(1)選擇彈（dàn）簧材料同上。為取得較（jiào）大（dà）的I>d值，選C=5.3。

仍由（yóu）C=(D-d)/d，得d=4.4mm。

查表1得sb=1520MPa，由（yóu）表2知[t]=0.41sb=623MPa。

(2)計算彈簧絲直徑d

由式得K=1.29

由（yóu）式得d≥3.7mm。

可知：I>d=4.4mm滿（mǎn）足強度約束條件。

(3)計算有效工作圈（quān）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（kǎo）慮兩端各並緊一圈，則總圈數n1=n+2=12。至此，得到了一個滿足強度與剛度約束條件的可行方案，但考慮進一步（bù）減少彈簧外（wài）形尺寸與重量，再次（cì）進行試算。

試算(三)：

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

(2)計算彈簧絲直徑。得d≥3.91mm。知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（yóu）式得n=6.11

取n=6.5圈，仍參考兩端各並緊一（yī）圈，n1=n+2=8.5。

這一（yī）計算結果即（jí）滿足強（qiáng）度與剛（gāng）度約束條件，從（cóng）外形尺（chǐ）寸和（hé）重量來看（kàn），又是（shì）一（yī）個較優的解，可將這個解初步確定下（xià）來，以（yǐ）下再計算其（qí）它（tā）尺（chǐ）寸（cùn）並作穩（wěn）定性校（xiào）核。

(4)確定變形量λmax、λmin、λlim和實際最小（xiǎo）載荷Fmin

彈簧的極限載荷為：

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

由式得：

λmin=λmax－h=(17.77-10)mm=7.77mm

(5)求彈簧的節（jiē）距p、自由高度H0、螺旋升角γ和簧絲展開長度（dù）L

在Fmax作用下相鄰兩（liǎng）圈的間距δ≥0.1d=0.4mm，取δ=0.5mm，則無載（zǎi）荷作用下（xià）彈簧的節距為（wéi）

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的規定範圍。

端麵並（bìng）緊磨平的彈簧（huáng）自由高度（dù）為

取標準值H0=52mm。

無載荷作用下彈簧的螺（luó）旋升角為

基本滿足γ=5°～9°的範圍。

彈簧簧絲的展開長（zhǎng）度

(6)穩（wěn）定性計算

b=H0/D2=52/24=2.17

采用兩端固定支座（zuò），b=2.17<5.3，故不會失（shī）穩。

(7)繪製彈簧特性線和（hé）零件工作圖。