彈簧設計的任（rèn）務是要確（què）定彈簧絲（sī）直（zhí）徑d、工作圈數n以及其它幾何尺寸，使得能滿足（zú）強度約束、剛度約束及穩定性約束條件，進一步地還要求相應的設計指標(如體積、重量、振動（dòng）穩定（dìng）性等)達到最好。

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

例12-1設計一圓（yuán）柱形螺旋壓縮彈簧，簧絲剖麵為圓形。已知最小載荷Fmin=200N，最大載荷Fmax=500N，工作（zuò）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（píng）。

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（wài）徑要（yào）求（qiú），初選C=7，由C=D2/d=(D-d)/d得d=3.5mm，由表1查得（dé）sb=1570MPa，由表2知（zhī）：[t]=0.41sb=644MPa。

(2)計（jì）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的初算值不（bú）滿足強度約束條件，應重新（xīn）計算。

試算(二（èr）)：

(1)選擇彈簧材料同上。為取得較（jiào）大的I>d值，選（xuǎn）C=5.3。

仍（réng）由C=(D-d)/d，得（dé）d=4.4mm。

查（chá）表1得sb=1520MPa，由表2知[t]=0.41sb=623MPa。

(2)計算彈簧絲直徑d

由式得K=1.29

由式得d≥3.7mm。

可知：I>d=4.4mm滿足強度約束條（tiáo）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（zhì）此，得到了一個滿足強度與剛度約束條（tiáo）件的可行方案，但考慮進一步減少彈簧外形尺寸與重量，再次進行試算。

試算(三（sān）)：

(1)仍選（xuǎn）以上彈簧材料，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d=4mm滿足強度條件。

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

由式得n=6.11

取n=6.5圈，仍參考兩端（duān）各並（bìng）緊一圈，n1=n+2=8.5。

這一計算結（jié）果即滿足強度與剛度約束條件，從外形尺寸和重量（liàng）來（lái）看，又是一個較優的解，可將這個解初（chū）步確定下來，以（yǐ）下再計算其（qí）它尺（chǐ）寸並作穩定性校核。

(4)確定變形量λmax、λmin、λlim和實際最小載荷（hé）Fmin

彈簧的極限載荷為：

因（yīn）為工作圈數由6.11改為6.5，故彈簧的變形量和最（zuì）小載荷也相應有所變化（huà）。

由（yóu）式得：

λmin=λmax－h=(17.77-10)mm=7.77mm

(5)求彈簧的節距p、自由高度（dù）H0、螺旋（xuán）升角γ和簧絲展開（kāi）長度L

在Fmax作用（yòng）下（xià）相鄰兩圈的間距δ≥0.1d=0.4mm，取（qǔ）δ=0.5mm，則無載荷作用下彈簧的節距為（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（guī）定範圍。

端麵並緊磨平（píng）的彈簧自由高度（dù）為

取標準值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。

彈簧簧絲的展開長（zhǎng）度

(6)穩定性計算

b=H0/D2=52/24=2.17

采用兩端固定支座，b=2.17<5.3，故不會（huì）失穩。

(7)繪製彈（dàn）簧特（tè）性線和零件工作圖。