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。
( C! [6 o) r3 ~3 _
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,
( k$ Q) F! b/ y* j$ g" ^
% {: h' ~1 v- p9 `! Y6 z n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？
) J9 I7 W/ V- {5 s$ R
+ w, S3 ^" J& s6 h6 O' @$ z求教各位，望给意见，谢谢！

猛龙C

( P. T- x' i* ~
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。
+ d; ~3 f% A8 Z, A1 Q5 |" c

猛龙C

刚才贴的东西上下标不分，再贴一下。

& q8 v* I, j1 d6 b2 L弹簧的弹性系数
T3 m% o1 J/ p; L' _1 w2 Q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：
& I+ M" G2 \2 f! ^; z与弹簧圈的直径成反比，
与弹簧的线径的4次方成正比，
! Q/ q& g8 M o' B' A/ I* |( c8 {% A' Q与弹簧的材料的弹性模量成正比，
1 L. S2 P2 y: n) t. L) E与弹簧的有效圈数成反比.
( a/ S3 V! L$ c# v' Xc=F/λ＝Gd4/8D23n＝Gd/8C3n
上式中：
7 v8 J7 H( T# Z8 g! ~9 j2 [$ Hc：弹簧的刚度，（即你所说的弹性系数，中学物理叫倔强系数k）；
1 ]( Z5 ~% g M4 v- b9 _% fF：弹簧所受的载荷；
λ：弹簧在受载荷F时所产生的变形量；
; n+ Q* T3 N5 @/ C) dG：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；
0 d' R8 A3 v& a; YD2：弹簧直径；
n：弹簧有效圈数；
C：弹簧的旋绕比（又称为弹簧指数）
) N6 N/ S- l6 W8 @! k. r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。
" M& ]& {" I+ Z& u* J4 h& n# L: 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。

关于弹簧的旋绕比
又称弹簧指数。
9 e4 c0 n$ Q \1 I) q, k用C=D/d表示。
5 Y7 B! T* W4 ^4 A, S$ dD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。
设计中，一般推荐取4≤C≤14。具体选择可参考小表：
0 X# v8 \! O5 ~# t g

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。
+ V9 v8 l+ n2 E' U N- H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。
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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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寻找橡树的木棉

猛龙C 发表于 2014-11-4 16:57
刚才贴的东西上下标不分，再贴一下。
) A: t% Z' g' s+ ]* g) U
( z8 k/ ~" ?! I( L) Q弹簧的弹性系数

. y; ]3 t" r P万分感谢，很有帮助！

寻找橡树的木棉

negtive 发表于 2014-11-4 20:42
2 h% }' u- |' d; |' X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。

3 x( o: n- |3 d2 l6 z4 J3 p这个倒是忘了，多谢提醒啊！
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