彈簧計算

計算用于承受靜態或循環負載下各種金屬彈簧的幾何和強度設計。程序執行以下任務：

1. 以下種類金屬彈簧的幾何設計和工作循環參數計算：

    

   • 圓線和棒螺旋圓柱壓縮彈簧
   • 方線和棒螺旋圓柱壓縮彈簧
   • 圓線和棒螺旋圓錐壓縮彈簧
   • 方線和棒螺旋圓錐壓縮彈簧
   • 盤形彈簧
   • 圓線和棒螺旋圓柱拉伸彈簧
   • 方線和棒螺旋圓柱拉伸彈簧
   • 螺旋彈簧
   • 圓線和棒螺旋圓柱扭轉彈簧
   • 方線和棒螺旋圓柱扭轉彈簧
   • 圓截面扭力杆彈簧
   • 方形截面扭力杆彈簧
   • 恒定截面片彈簧
   • 抛物線截面片彈簧
   • 疊板彈簧

2. 適合尺寸的自動調整彈簧

3. 靜態和動力強度檢查

4. 程序包含常用彈簧材料表依據 EN, ASTM/SAE, DIN, BS, JIS, UNI, SIS, CSN 和其他。

計算基于數據，程序，運算法則。這些來自專業文獻和以下標准 EN 13906, DIN 2088, DIN 2089, DIN 2090, DIN 2091, DIN 2092, DIN 2093, DIN 2095, DIN 2096, DIN 2097。

計算的控制，結構與法則

計算的法則和控制可以在以下文檔中找到 "控制，結構和計算法則".

項目信息

項目信息章節的目的，使用和控制可以通過鏈接文檔找到 "項目信息".

理論-基礎

彈簧被設計爲保留和集聚機械能量的結構零件，利用材料的彈性變形原理。彈簧輸入常用于以下方面的負載機械零件：

• 驅動和擺動設備的能量吸收
• 靜態和動態力的阻隔
• 創造力傳遞的元素
• 防震動保護的沖擊吸收
• 控制和測量力的設備

彈簧的功能計算依據在其負載下的變形曲線和區域。

根據不同的變形模式，彈簧可以分成以下三種類型：

1. 線性彈簧
2. 遞減彈簧
3. 遞增彈簧

圖中 W 區域彈簧特性曲線以下爲彈簧在其負載下所積聚的變形能量。變形能量按壓縮彈簧，扭轉彈簧或折彎彈簧定義以下的公式：

扭轉彈簧：

基本的量化彈簧功能是彈簧的硬度（彈簧常量），彈簧系數k定義由于單位變形（位移或轉距）而産生的負載（力或扭矩）強度。

                   

線性彈簧擁有固定的彈簧系數，其他彈簧爲變化的彈簧系數。

 

彈簧被賦予內應力，就是在最小負載下的狀態。根據彈簧的功能，有四個基本的彈簧狀態：

彈簧狀態	彈簧狀態描述	索引
自由狀態	未負載	0
預負載	最小工作載荷下的彈簧	1
完全負載	最大工作載荷下的彈簧	8
極限	彈簧承受極限負載-根據材料的強度和設計極限（例如，壓縮彈簧的線圈全部接觸）	9

以上所提到的索引被用于在計算中定義彈簧各個狀態的參數值

彈簧在完全負載下和內應力條件下的變形不同被稱爲彈簧工作沖擊 H, a_H.

 

 

根據強度檢查和工作壽命，有以下兩種金屬彈簧負載：

1. 靜態負載
   彈簧承受靜態負載或較低的變化負載，也就是說，負載的循環變化，工作壽命低于10⁵ 。
2. 疲勞負載
   彈簧承受振蕩（動態）負載，也就是負載周期變化，工作壽命大于等于10⁵

 

金屬彈簧根據不同外觀可以按組分類。根據負載類別和結構設計的分類爲基本。最常用的彈簧類別詳細描述如下：

• 軸向力負載彈簧（壓縮/拉伸）
  - 螺旋彈簧
  - 盤形彈簧和墊片彈簧
  - 環形彈簧
  - 恒力彈簧
• 橫向力負載（彎曲）
  - 片彈簧
  - 曲線彈簧
• 扭矩負載彈簧
  - 扭力杆彈簧
  - 盤形彈簧
  - 螺旋〔線圈）彈簧

圓柱螺旋壓縮彈簧

螺旋線圈制造的圓柱形彈簧，工作線圈之間有恒定的間隙，可以吸收軸向的外部作用力。線徑約爲16mm的彈簧線圈爲冷成型。熱成型彈簧一定是用于線徑大于10mm的高負載産品上。壓縮彈簧通常爲圓線徑線圈。方形截面彈簧常用于需要高負載低結構高度（b>h）的領域。

 

詳細屬性

• 適合低中載荷
• 線性工作特性
• 相應的低彈簧系數
• 易于裝配和拆卸
• 低費用

 

彈簧計算的基本關系式

圓線彈簧	方線彈簧

含義:
c ... 彈簧直徑比 (c=D/d; c=D/b) [-]
b ... 線寬 [mm, in]
d ... 線徑 [mm, in]
D ... 中心直徑 [mm, in]
F ... 彈簧負載 [N, lb]
G ... 剪切彈性模量[MPa, psi]
h ... 線高 [mm, in]
k ... 彈簧系數 [N/mm, lb/in]
K_s ... 曲線校正因數 [-]
L₀ ... 自由彈簧長度 [mm, in]
L_S ... 固體長度 [mm, in]
n ... 線圈數 [-]
p ... 線圈間距[mm, in]
s ... 彈簧變形[mm, in]
Ψ ...形狀系數 t [-] (e.g. DIN 2090)
t ...彈簧材料扭應力 [MPa, psi]

 

曲線糾正因數
線圈彎曲導致額外的線圈彎曲應力。因此計算使用校正因數來糾正壓力。
對于圓截面線圈彈簧，校正因數是由幾個經驗公式決定的。 (Wahl, Bergsträsserr, Göhner, ...).計算使用以下的關系式：

對于方形截面彈簧，校正系數由來自適當的列線圖的所給彈簧直徑比 b/h 來決定的。計算中的校正系數已經包含了現狀系數Ψ.

 

推薦彈簧尺寸

	冷成型	熱成型
彈簧直徑比 c	4 - 16	3 - 12
外徑 De	max. 350 mm	max. 460 mm
工作線圈數	min. 2	min. 3
比率 b/h	1:5  -  5:1
自由長度 L0	max. 1000 mm
長細比 L0/D	1 - 10
間距 p	(0.3 - 0.6) D;    min. 1.5 d

 

彈簧收尾設計

考慮到壓縮彈簧，幾種不同的收尾設計。區別于收尾線圈數，線圈的加工以及支撐面的設計。

• 收尾線圈爲彈簧的末端線圈，與工作線圈同軸，在彈簧工作變形時角度和間距不會變化。收尾線圈常常爲彈簧的支撐面，對于壓縮彈簧，通常爲兩端收尾。
• 磨平線圈爲線圈的末端被加工爲與軸線垂直的平面。通常加工邊緣線圈一半的3/4一直到開放收尾。磨平的線圈通常使用于線徑 d > 1 mm的彈簧.

最常用的彈簧收尾設計

1. 端部不並緊不磨平: 端部線圈未折彎靠緊，端面未磨平
2. 端部不並緊磨平: 端部線圈未折彎靠緊，端面磨平與軸向垂直
3. 端部並緊不磨平: 端部線圈折彎靠緊，端面未磨平
4. 端部並緊磨平: 端部線圈折彎靠緊，端面磨平

 

 

安裝檢查

壓縮彈簧必須總是要考慮側變形保護。通過比較最大彈簧工作變形（表現爲彈簧的自由長度的百分比）和允許變形來檢查。允許變形值根據所給長徑比L₀/D以及彈簧的安裝方式靠經驗決定。通常側變形的風險隨著長徑比和彈簧工作壓力的增加而增加。彈簧的安裝方式對于可能性的側變形有著明顯的影響。

1. 一端固定-一端開放
2. 兩端銷住
3. 一端夾住，一端夾住並克制側向變形
4. 一端夾住，一端銷住
5. 兩端夾住無側向限制

 

對于不能防止側變形的彈簧通常使用中心支撐柱或套管固定。 如果中心柱或套管的摩擦存在破壞性，彈簧可以被分割成幾小段排列安裝。

 

不同彈簧安裝方式的允許變形曲線

 

螺旋圓錐壓縮彈簧

 

螺旋線圈制造的圓錐形彈簧，工作線圈之間有恒定的間隙，可以吸收軸向的外部作用力。線徑約爲16mm的彈簧線圈爲冷成型。熱成型彈簧一定是用于線徑大于10mm的高負載産品上。圓錐彈簧用于彈簧系數隨著壓縮量變化的彈簧。

詳細屬性

• 適合低中載荷
• 非線性工作特性
• 相應的低彈簧系數
• 易于裝配和拆卸
• 低費用

 

 

彈簧計算的基本關系式

隨著圓錐彈簧的壓縮量增加，相鄰的工作線圈漸漸接觸（第一個線圈直徑最大）。隨後的壓縮變形中這些線圈不再參與變形從而導致彈簧系數漸漸增加。工作特性可以分爲兩個區域：

1. 線性工作區域（恒定的彈簧系數） - FC
2. 遞增特性的工作區域-在第一個最大線圈接觸後 - F>F_C

極限力 F_C 依據線圈p之間的間距，也就是選擇的自由彈簧長度 L₀的尺寸。極限力 F_C隨著彈簧長度和線性彈簧系數的增加而增加。

意義:
c_min ... 最小彈簧直徑比 (c_min=D_min/d; c_min=D_min/b) [-]
c_max ... 最大彈簧直徑比 (c_max=D_max/d; c_max=D_max/b) [-]
b ... 線寬 [mm, in]
d ... 線徑 [mm, in]
d_x .. 彈簧偏距 [mm, in]
D_min .. 最小中心直徑 [mm, in]
D_max .. 最大 中心直徑 [mm, in]
F ... 彈簧負載 [N, lb]
G ...剪切彈性模量 [MPa, psi]
h ... 線高 [mm, in]
k ... 彈簧率 [N/mm, lb/in]
K_s ... 曲線校正因數 [-]
L₀ ... 自由彈簧長度 [mm, in]
L_S ... 固體長度 [mm, in]
n ... 工作線圈數 [-]
p ... 線圈間距 [mm, in]
s ... 彈簧變形 [mm, in]
Ψ ...形狀系數t [-] (e.g. DIN 2090)
t ... 彈簧材料扭應力l [MPa, psi]

 

 

曲線糾正因數
線圈彎曲導致額外的線圈彎曲應力。因此計算使用校正因數來糾正壓力。
對于圓截面線圈彈簧，校正因數是由幾個經驗公式決定的。 (Wahl, Bergsträsserr, Göhner, ...).計算使用以下的關系式：

對于方形截面彈簧，校正系數由來自適當的列線圖的所給彈簧直徑比 b/h 來決定的。計算中的校正系數已經包含了現狀系數Ψ.

 

 

 

 

 

推薦彈簧尺寸

彈簧直徑比cmin	min. 3
彈簧直徑比cmax	max. 20
直徑 Dmax	max. 350 mm
比率 Dmax/Dmin	min. 2
工作線圈數 n	min. 2
比率 b/h	1:5  -  5:1
長細比 L0/D	1 - 5
間距 p	(0.4 - 0.7) D;    min. 1.5 d

 

 

彈簧收尾設計

考慮到壓縮彈簧，幾種不同的收尾設計。區別于收尾線圈數，線圈的加工以及支撐面的設計。

• 收尾線圈爲彈簧的末端線圈，與工作線圈同軸，在彈簧工作變形時角度和間距不會變化。收尾線圈常常爲彈簧的支撐面，對于壓縮彈簧，通常爲兩端收尾。
• 磨平線圈爲線圈的末端被加工爲與軸線垂直的平面。通常加工邊緣線圈一半的3/4一直到開放收尾。磨平的線圈通常使用于線徑 d > 1 mm的彈簧.

最常用的彈簧收尾設計

1. 端部不並緊不磨平: 端部線圈未折彎靠緊，端面未磨平
2. 端部不並緊磨平: 端部線圈未折彎靠緊，端面磨平與軸向垂直
3. 端部並緊不磨平: 端部線圈折彎靠緊，端面未磨平
4. 端部並緊磨平: 端部線圈折彎靠緊，端面磨平

 

 

盤形彈簧

被挖空截取的圓錐環形孔，能夠吸收外部軸向力帶來的相互擠壓。彈簧的截面通常爲方形。大尺寸的彈簧(t>6mm)通常磨平接觸面。

盤形彈簧設計用于高負載低變形。可以分開獨立使用或成組使用。當成組使用的時候，必須計算摩擦效應。成組的摩擦計算爲每層負載的3－5％。工作負載必須相應的增加。

盤形彈簧的應力産生比較複雜。最大（壓縮）應力基于內部最高邊。張應力出現在底部最外圈。最大壓縮應力用于靜態負載下的彈簧強度檢查。循環（疲勞）負載下的彈簧需檢查張應力。

備注: 該計算設計用于沒有加工接觸表面的盤形彈簧。另外，計算沒有計入摩擦效應。

詳細屬性

• 適合高載荷
• 非線性（遞減）工作特性
• 高彈簧系數（硬度）
• 低空間要求
• 易于裝配和拆卸
• 低費用

 

工作參數

盤形彈簧參數曲線的形狀受相應高度h₀/t影響很大。在高度值較低的情況下，彈簧顯現線性特性；隨著比率增大，曲線明顯降低。

 

成組設計

有三種成組結構盤形彈簧

1. 平行排列:彈簧平行組裝，成組彈簧的彈性系數高于單個彈簧
2. 連續排列: 彈簧相互反向排列，成組彈簧的彈性系數小于單個彈簧
3. 綜合排列

 

彈簧基本計算公式

單個彈簧

Springs set

含義:
D_e .. 外徑 [mm, in]
D_i ..內徑 [mm, in]
E ... 拉伸彈性模量 [MPa, psi]
F ... 彈力 [N, lb]
F_S ... 完全壓縮彈簧力 [mm, in]
F_T ... 成組總力 [mm, in]
h ... 疊片高度 [mm, in]
h₀ ...疊片的內部高度 (h₀=h-t) [mm, in]
i ... 組合編號 [-]
k ... 彈簧率 [N/mm, lb/in]
k_T ... 成組總硬度 [N/mm, lb/in]
K₁, K₂, K₃ .. 形狀系數 [-]
L₀ ... 彈簧自由長度 [mm, in]
L_S ... 固體長度 [mm, in]
n ... 成組平行疊片數 [-]
s ... 彈簧變形 [mm, in]
s_T ... 成組總變形量 [mm, in]
t ... 材料厚度 [mm, in]
d ... 內外徑比 (d=D_e/D_i) [-]
m ... 柏松比[-]
s_OM, s_I, s_II, s_III, s_IV ...所給彈簧指數的材料應力 [MPa, psi]

 

推薦彈簧尺寸

直徑比 De/Di	1.75 - 2.5
相對高度 h0/t	0.4 - 1.4
比率 De/t	16 - 40
平行疊片數 n	max. 3
成組（疊片）數 i	max. 20
疊片總數 n*i	max. 30
長細比 L0/De	max. 3

 

摩擦

摩擦對盤形彈簧的功能有明顯的影響效果。彈簧負載産生接觸面之間的摩擦。即使是平行排列的彈簧也有摩擦。摩擦導致負載力增加同時回複力減小。

摩擦對彈簧負載的影響

單個彈簧	± 2...3 %
2 平行排列彈簧	± 4...6 %
3 平行排列彈簧	± 6...9 %
4 平行排列彈簧	± 8...12 %
5 平行排列彈簧	± 10...15 %

摩擦總量受很多因數影響（彈簧設計，材料，表面處理，成組彈簧數，摩擦類別等等）。對彈簧負載不能准確的計算，下面的公式用于定義近似的彈簧糾正力：

含義：
m_M .. 表面摩擦系數[-]
m_R .. 邊緣摩擦系數[-]
- .... 負載中
+ ... 卸載中

近似摩擦系數值

彈簧類型	mM	mR
標准	0.003 - 0.030	0.02 - 0.05
加工的接觸平面	0.002 - 0.015	0.01 - 0.03

 

加工的接觸平面彈簧

大尺寸彈簧 (t > 6 mm) 有時使用加工接觸平面。這些彈簧的計算公式明顯不同，可以在DIN 2092中找到案例 。

 

螺旋圓柱拉伸彈簧

螺旋的線圈做成的圓柱形彈簧，工作線圈之間爲恒定間隙，可以吸收外部軸向力。線徑約爲16mm的彈簧線圈爲冷成型。熱成型彈簧一定是用于線徑大于10mm的高負載産品上。拉伸彈簧通常爲圓線或圓棒做成。方形線圈很少用。

考慮到固定挂鈎形狀和設計對彈簧工作壽命減少和無法做到完美的噴丸效果。不推薦使用拉伸彈簧于疲勞負載彈簧上。如果必須使用拉伸彈簧于疲勞負載，建議避免使用固定挂鈎而選擇其他的彈簧固定方式。

詳細屬性

• 適合中低載荷
• 不適合循環（疲勞）負載
• 線性工作特性
• 相應的低彈簧系數
• 易于裝配和拆卸
• 低費用

 

彈簧設計
拉伸彈簧用于兩種基本設計：

1. 預壓彈簧
   冷成型拉伸彈簧適合預應力加工，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。
2. 無內部預壓彈簧
   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。自由狀態下的線圈間距通常爲 0.2*D < p < 0.4*D。

備注：熱成型彈簧和方形線圈彈簧總是無內應力生産。

 

彈簧計算基本關系式

圓線圈彈簧	方形線圈彈簧
A. 預壓彈簧
B. 無預壓彈簧

含義：
c ... 彈簧指數(c=D/d; c=D/b) [-]
b ... 線寬[mm, in]
d ... 線徑[mm, in]
D ... 彈簧中心直徑[mm, in]
F ... 彈簧負載[N, lb]
F₀ ...內應力[N, lb]
G ... 剪切彈性模量[MPa, psi]
h ... 線高[mm, in]
k ... 彈簧系數[N/mm, lb/in]
K_s ... 曲線糾正因數[-]
L₀ ... 彈簧自由長度[mm, in]
L_H ... 彈簧挂鈎高度[mm, in]
L_K ...有效截面長度[mm, in]
n ... 工作線圈數[-]
p ... 線圈間距[mm, in]
s ... 彈簧變形量[mm, in]
Ψ... 形狀系數 [-] (e.g. DIN 2090)
t ... 彈簧材料拉伸應力 [MPa, psi]
t₀ ... 內應力 [MPa, psi]
 

曲線修正因數
線圈彎曲導致額外的彎曲應力。因此計算使用修正系數來修正拉伸。圓線圈彈簧，修正系數通過所給彈簧卷繞比率來定義，比率通過幾個經驗公式計算 (Wahl, Bergsträsserr, Göhner, ...) 。計算使用下面的關系式：

方形截面線圈彈簧，修正系數由來自適當的列線圖中所給彈簧指數和b/h比率來定，計算中的修正系數已經包含于形狀系數Ψ

彈簧內應力
內應力出現在彈簧線圈的卷繞過程中，它的數量依據彈簧的材料，彈簧指數以及卷繞方式。通常數值在一下範圍內：

技術上較高的數值很難獲得，較低的數值很難被准確的測量。爲了定義拉絲機床加工彈簧內應力，DIN 2089標准定義以下公式：

內拉伸應力計算公式：

 

推薦彈簧尺寸

彈簧指數 c	4 - 16
外徑 De	max. 350 mm
工作線圈數 n	min. 3
比率 b/h	1:5  -  5:1
自由長度 L0	max. 1500 mm
長細比 L0/D	1 - 15
間距 p	(0.2 - 0.4) D - 無預壓彈簧

 

彈簧收尾設計

拉伸彈簧用于許多不同設計。最常用的收尾設計可以在下圖中找到。彈簧的收尾設計依據彈簧的固定方式，尺寸以及負載總量。

彈簧收尾設計

A ...半圈
B ... 整圈
C ... 側面整圈

D ...雙扭曲整圈
E ... 側面雙扭曲整圈
F ... 內部整圈

G ... 提高的挂勾
H ... 側面提高的挂勾
L ... 錐形旋轉小圈收尾

I ... 小圈
J ... 側面小圈
K ... 傾斜的整圈

M ... 錐形旋轉螺栓收尾
N ... 螺絲狀收尾
O ... 螺絲狀束縛收尾

拉伸彈簧通常使用幾種不同高度和特性的挂鈎來固定（A..J）。從技術角度講，固定挂鈎是最好的解決方案，但是，這也帶來彈簧負載的一些確定問題。彈簧負載帶給挂鈎集中的負載應力，該負載應力可能明顯地高于彈簧線圈所計算的應力。針對在挂鈎中産生的彎曲應力，小圈（類別 I, J）或雙圈（類別 D, E）是最佳方案。針對由線變成線圈所産生的集中的扭轉應力，側邊整圈（類別 C,E,I）是最佳方案。對于挂鈎的獨立設計，以下挂鈎高度值指定如下：

設計	A	B, C	D, E	F	G, H	I, J	K
挂鈎高度	{0.55..0.8} Di	{0.8..1.1} Di	~ Di	{1.05..1.2} Di	> 1.2 Di	< 0.6 Di	{0.35..0.9} Di

熱成型彈簧，方形線圈彈簧以及循環負載彈簧通常無彈簧卡鈎使用(M..O. design)。無固定挂鈎彈簧使用邊緣線圈固定，彈簧功能變形中線圈間距不會變化。

 

彈簧卡鈎應力檢查

彈簧負載帶給挂鈎集中的負載應力，該負載應力可能明顯地高于彈簧線圈所計算的應力。因此推薦檢查挂鈎負載。

可能性的集中應力總和依據挂鈎的類別，設計和尺寸，很難理論計算。不考慮以上因數，至少使用近似的計算來提供一些方向性的對于給定材料彈簧可能性超出強度極限。根據固定挂鈎設計，兩種基本強度檢查可以執行：

彈簧卡鈎彎曲應力檢查

挂鈎彎曲所産生的彎曲應力總和依據彈簧卡鈎的半徑r_b。應力與半徑成正比，下面的公式計算彎曲應力：

轉變彎曲應力檢查 d

對于拉伸彈簧，最大的應力集中出現在線圈轉變爲卡鈎的那個點。應力的大小取決于轉變彎曲半徑 r_s。通常來講，應力大小與彎曲半徑成反比。參看以下公式：

 

片彈簧

基于截面爲方形的細長杆承受彎曲負載的彈簧。用于懸臂彈簧（固定一端面），或杆（固定兩端面）。片彈簧可以單獨使用也可以成組使用（疊板彈簧）

 

特殊特性

單個彈簧

• 適合中低負載
• 線性工作特性
• 相關的低彈簧系數
• 長度要求顯著，否則需要最小空間
• 低費用

疊板彈簧

• 適合較高負載
• 理論上線性工作特性（片彈簧之間的摩擦導致工作曲線 hysteretic pattern）
• 相應的高彈簧系數（硬度）
• 高空間要求
• 需要維護（潤滑和清潔）

 

彈簧設計
片彈簧用于許多不同的設計和形狀。它們可以按計算目的分爲以下三類

1. 恒定截面單個彈簧： 通常爲矩形，三角形和梯形彈簧
2. 抛物線截面單個彈簧： 通常爲矩形，有時彈簧中部厚，尾部爲片彈簧。
3. 疊板片彈簧： 多種設計制造。使用恒定和抛物線截面，矩形，三角形或梯形。疊板彈簧的精確計算非常複雜。使用簡單條件進行計算，計算處理兩種基本的疊板彈簧：
   - 三角形恒定截面彈簧
   - 矩形恒定截面彈簧

 

 

彈簧計算的基本關系式

A. 恒定截面單個彈簧

B. 抛物線截面單個彈簧

C. 疊板彈簧

含義：
b ... 彈簧片寬度 [mm, in]
b' ... 彈簧尾部片寬[mm, in]
E ... 拉伸彈性模量[MPa, psi]
F ... 彈簧負載[N, lb]
k ... 彈簧系數[N/mm, lb/in]
L ... 工作彈簧長度[mm, in]
L' ... 恒定厚度片彈簧長度[mm, in]
n ... 彈簧片總數[-]
n' ... 額外全長度片總數[-]
s ... 彈簧變形量[mm, in]
t ... 彈簧片厚度[mm, in]
t' ... 彈簧尾部片厚度[mm, in]
Ψ... 形狀系數 [-]
s ... l彈簧材料的彎曲應力[MPa, psi]

額外彈片
全長度彈簧片，矩形，恒定截面。這些彈片被增加到彈簧裏出于兩個原因：

• 增加彈簧的硬度和負載空間
• 它們通常以卡鈎結尾可固定彈簧

 

扭力杆彈簧

彈簧依據圓截面或方形截面的長細杆承載扭轉的原理。圓截面杆的末端通常固定于軋輥，有時一端爲了方便安裝而爲方形。扭力杆彈簧必須安全承受彎曲應力。

 

特殊屬性

• 適合較高扭力負載
• 線性工作特性
• 高彈簧系數
• 考慮長度要求，否則定義最小空間需求
• 低費用

 

彈簧計算基本關系式

圓截面杆	方形截面杆

含義：
b ... 杆寬度[mm, in]
d ... 杆直徑[mm, in]
M ... 彈簧負載[Nmm, lb in]
G ... 剪切彈性模量[MPa, psi]
k ... 扭力彈簧率[Nmm/°, lb in/°]
L ... 工作彈簧長度[mm, in]
t ... 杆厚度[mm, in]
a ...n角偏移 [°]
b,g ... 形狀系數[-]
t ... 彈簧材料扭轉應力 [MPa, psi]

形狀系數s
這些系數考慮杆截面的應力區分b/t。下表爲數值：

 

b/t	1	1.2	1.5	2	3	4	5	6	8	10	∞
b	0.1406	0.166	0.196	0.229	0.263	0.281	0.291	0.299	0.307	0.312	0.333
g	0.208	0.219	0.231	0.246	0.267	0.282	0.291	0.299	0.307	0.312	0.333

 

 

盤旋彈簧

彈簧由帶狀方形截面的線卷繞成阿基米德渦[螺旋]線，工作線圈間爲恒定間距，承載卷繞方向的扭力。

備注：該計算設計用于一端固定的盤旋彈簧

 

特殊屬性

• 適合低負載扭力
• 線性工作特性
• 低彈簧系數
• 低費用

 

彈簧計算的基本關系式

含義：
a ... 線圈間距[mm, in]
b ... 彈簧帶寬度[mm, in]
M ... 彈簧負載[Nmm, lb in]
E ... 拉伸彈性模量[MPa, psi]
k ... 扭轉彈簧率[Nmm/°, lb in/°]
K_b ... 曲線糾正因數[-]
L ... 功能彈簧長度[mm, in]
n ... 工作線圈數[-]
t ... 彈簧帶厚度[mm, in]
R_e ... 外部半徑[mm, in]
R_i ... 內部半徑[mm, in]
a ..角偏移 [°]
d₀ ... 自由彈簧的角度[°]
s ...l彈簧材料的彎曲應力 [MPa, psi]

曲線糾正因數r
糾正系數顯示由于曲率而産生的附加應力。數值參見下圖：

推薦彈簧尺寸

比率 Ri/t	min. 3
比率 b/t	1 - 15
工作線圈數 n0	min. 2

 

圓柱螺旋扭轉彈簧

螺旋線圈構成的圓柱形彈簧，工作線圈間爲恒定間距，能夠承受垂直于環繞軸沿著卷繞方向和反方向的扭力。線徑大于16mm的彈簧通常爲冷卷。熱成型彈簧用于強負載的直徑大于10mm的較大尺寸彈簧。

備注：該計算設計用于線圈卷繞方向的扭轉負載，不計入彈簧內部或外部導向零件的支撐效果。也不計入出現的摩擦效果。線圈之間的可能的摩擦也不計入在內。

 

特殊屬性

• 適合中低負載
• 線性工作特性
• 相關低彈簧系數
• 低費用

 

彈簧設計

扭簧按兩種基本設計制造：緊和松（線圈間隙）。如果是靜態負載，緊湊的線圈爲推薦選項。但是，工作線圈之間出現摩擦，這將導致彈簧壽命減少。另外，線圈的過于接近的間隙阻止彈簧完美噴丸。

備注： 承載負載過程中，在卷繞方向上的負載彈簧長度增加。熱成型彈簧通常一定在線圈之間會有間隙。

 

彈簧計算基本關系式

圓線彈簧	方線彈簧

含義：
c ... 彈簧指數(c=D/d; c=D/t) [-]
b ... 線寬[mm, in]
d ... 線徑[mm, in]
D ... 中心彈簧直徑[mm, in]
M ... 彈簧負載[Nmm, lb in]
E ... 拉伸彈性模量[MPa, psi]
k ... 扭轉彈簧率[Nmm/°, lb in/°]
K_b ... 曲線修正因數[-]
L_K ... 卷繞部分的長度[mm, in]
n ... 工作線圈數[-]
p ... 線圈間距[mm, in]
t ... 線厚度[mm, in]
a ...角度偏移 [°]
d₀ ...自由彈簧的角度[°]
s ...彈簧材料的彎曲應力 [MPa, psi]

曲線修正因數
修正因數顯示彈簧來自曲線的額外應力

彈簧功能尺寸
扭簧的功能變形（引腳偏轉）導致其尺寸變化。負載下沿著卷繞方向的彈簧直徑減小。

另外：封閉卷繞彈簧長度增加

 

推薦彈簧尺寸

彈簧指數c	4 - 16
外徑 De	max. 350 mm
工作彈簧數 n	min. 2
比率 b/t	1 - 10
卷繞部分長度 LK	max. 800 mm
長細比 LK/D	1 - 10

 

彈簧收尾設計

考慮到應力集中的可能性發生，扭簧引腳的形狀一定越簡單越好。扭簧中使用的基本引腳類型可以參看下圖。引腳設計的選擇依據所需的彈簧安裝方式，其尺寸以及所需的負載點到彈簧軸心的距離，同時，支撐引腳和工作引腳也會有所不同。

引腳的基本類型

1. 直線相切引腳
2. 直線軸向引腳
3. 法向外部引腳
4. 法向內部引腳

固定引腳方式

如果引腳全被固定，扭轉彈簧線圈産生工作角度。如果一端引腳自由，負載時引腳彎曲。這將使引腳角度偏轉量增加。引腳彎曲總量隨著引腳長度的增加而增加。引腳固定安裝增加了計算的精度，同時提高了彈簧的功能。

一端自由的扭簧角度位移計算：
- 法向引腳

- 切向引腳

 

彈簧引腳應力檢查

應力集中的彎曲引腳的應力大于彈簧線圈的計算應力。集中應力的值依據于引腳彎曲半徑。彎曲半徑越小，引腳應力值越高。下面的公式用于近似計算應力：

 

計算流程

設計流程允許定義彈簧的確定松動程度尺寸，因此，在”彈簧設計“章節中的輸入參數中，確定的數值符合其他實時計算而得的參數。這些數值以綠色在輸入框中顯示。

典型的彈簧計算/設計由以下步驟組成：

1. 設置所需計算單位(SI/Imperial). [1.3]
2. 選擇相應標准[1.1]和材料類型[1.2].
3. 根據推薦使用領域[1.7-1.10]選擇適合的彈簧材料[1.6] .
4. 在章節[1.21]中定于彈簧工作和生産參數。
5. 設置所需安全等級[1.27].
6. 根據所需的彈簧類型選擇相關章節。彈簧尺寸的實際設計由章節“彈簧設計”提供
7. 在前三個輸入區域輸入所需的工作循環參數（工作負載和彈簧沖擊）
8. 在其他輸入區域只是預定的彈簧尺寸，選擇性地使用計算中的一個設計（優化）功能。
9. 根據計算而得的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸以便計算的工作負載和彈簧沖擊最佳地符合目標數值。
10. 在“檢查數據”章節中檢查計算的安全等級（檢查靜態負載下的彈簧強度）
11. 在“設計數值”和“工作循環參數”章節中檢查其他彈簧數值。
12. 章節[17]用于檢查彈簧循環（疲勞）負載。
13. 另命名工作表保存適合的方案。

彈簧材料，工作和生産參數選擇 [1]

本章節的目的是選擇適合的彈簧材料。同時定義基本的工作和生産條件。

1.1 材料標准

從表格中選取國家標准來定義彈簧材料

建議：大部分歐洲國家在彈簧材料領域正在取代或已經取代本國的標准 (DIN, BS, UNI, UNE, ...)而使用符合近似EN標准。因此我們推薦使用適合的歐洲標准EN。

1.2 材料類別

根據彈簧設計從要生産的彈簧中選擇適合材料（半成品）

1.3 計算單位

在選擇表中選取計算單位。一旦更改單位，所有數值將立即重新計算。

1.4 圖表類型

在表格中選擇你想要顯示的圖表類型

1.5 彈簧材料

本章節用于彈簧材料的選擇

在表格[1.6]中選擇彈簧材料，表格中的前五行是供使用者定義材料。適合材料的信息和設置可以在文章 "工作表（計算）修改"中找到。其他行包含按實際定義標准[1.1] 和材料類型 [1.2]而選擇材料

行 [1.7 - 1.10]包含所選材料的推薦使用信息。彈簧材料一定要設計符合彈簧負載方式和工作條件。如果你必須選擇不適合的材料，結果將影響到彈簧設計安全等級提高（查看章節[1.21]）。所選材料的特性，在行 [1.7, 1.9] 中以五個等級顯示（優秀，非常好，好，差，極差），同時相應的強度在行 [1.8]中以三個等級描述（高，中，低）

備注：選擇表右邊的檢查框若是啓動，選選材料的必須參數將自動計算，否則，手動填入材料特性。

1.12, 1.14 彈性模量

數值定義在基本溫度下20°C (68°F)。

1.18 極限抗拉強度

輸入所選材料的極限抗拉強度。當選擇行[1.6]中的檢查框時，所選材料的極限抗拉強度的最小值將被自動設置。

警告：一些材料的冷拉制彈簧鋼絲的極限抗拉強度依據線徑。材料強度隨著線徑的減小而增大。在材料數值的自動設置中，計算爲最大直徑的鋼絲（大約15 mm, 5/8 in）使用最小極限抗拉強度。因此你設計的彈簧將很有可能超出尺寸。這就是爲什麽在最終計算中我們推薦你根據鋼絲直徑手動設置數值的原因。依據線徑的近似極限抗拉強度的數值可以在下面的圖表中找到：

極限抗拉強度 - ASTM

 

極限抗拉強度 - EN

1.21 工作參數，安全

本章節是設計設置彈簧工作和生産參數，以及相應的安全系數。

在選擇表中設置相應的工作條件。輸入適合的安全系數的位置被放在了各表格的右邊。該系數表達了所給參數對彈簧負載空間可能性減少的影響。

備注：如果輸入區域右邊的檢查框被選，安全系數數值將通過程序計算而得。在自動設計中計算也合並所選材料的系數適配性和作用效果（交互作用），以及其他一些彈簧數值。

1.22 工作溫度

工作環境溫度影響彈簧的回複，就是是減小彈簧由變形到固定長度所産生的力，推薦在設計彈簧時加入這個計算，同時當溫度超過80°C (180°F)時增加彈簧強度檢查的安全等級。必須同時考慮彈簧材料的選擇和工作溫度。

1.23 負載方式

考慮強度檢查和工作壽命，有以下兩類金屬彈簧負載：

1. 靜態負載
   彈簧負載靜態或低變化，也就是負載循環變化，工作壽命低于10⁵工作循環。
2. 疲勞負載
   彈簧承受振蕩（動態）負載，也就是，負載循環變化，工作壽命大于等于10⁵工作循環。

備注：彈簧承受循環負載必須總是檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17]。如果彈簧滿足疲勞負載，通常必須在其靜態負載下相應的增加標准。

1.24 負載的工作模式

選擇符合你輸入數據的最佳負載模式

1. 輕度負載
   無沖擊持續負載，符合正弦曲線，低變形或低頻率負載，很少或幾乎不達到1000次的工作循環。例如，量測用的彈簧，安全和緩沖設備等等。
2. 中度負載
   低或中變化持續負載，普通頻率變形負載。通常用于機械工具，結協産品或電子零件。
3. 重度負載
   不連續負載彈簧，強沖擊，高頻率的變形或長時間或不規律時間點的突然變形。例如，用于空氣錘，水壓機，閥門等等。

1.25 工作環境

彈簧受腐蝕影響壽命減小顯著。腐蝕尤其對疲勞負載彈簧有很強的作用。推薦設計彈簧時計入腐蝕效果，同時增加彈簧強度檢查時的安全等級，以防強腐蝕環境。同時也需要考慮彈簧材料的選擇對腐蝕的影響。

1.26 彈簧表面處理

噴丸可以增加15％到25％的疲勞極限。疲勞負載下的噴丸彈簧，允許使用者減少彈簧生産材料的消耗，減小尺寸和安裝空間，增大工作沖擊或防靜態突破保護。因此，推薦對所有變載荷彈簧增加噴丸的技術處理。電鍍彈簧有明顯的更高的抗腐蝕能力。另一方面，電鍍層減少負載空間約10％。

備注1:由于技術原因，線圈彈簧只有線徑大于1mm的可噴丸處理。

備注2: 靜態負載彈簧（除盤形彈簧之外）噴丸處理對強度計算無明顯影響。

備注3: 考慮到盤形彈簧的壓縮應力産生，噴丸有負面影響，也就是減少它們的強度。因此，一定不要用在靜態負載彈簧上。

1.27 總安全等級

所需的安全等級被使用在靜態負載彈簧的強度檢查計算中。這裏的數值排除對彈簧負載空間減小的任何來自工作條件帶來的潛在的負面影響。除了上面提到的安全數值因數，同時需要考慮一些其他因數（輸入信息的精度和可靠度，設備的重要性，産品制量...）常用彈簧通常設計的安全等級在<1...2>範圍內。

警告：循環負載彈簧必須總是要檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17]。如果彈簧滿足疲勞檢查，通常必須按照靜態強度而相應地增加尺寸。這裏定義的安全等級則必須是靜態負載的兩倍高。

備注：當選擇了檢查框，根據輸入的部分安全系數[1.22 - 1.26]目標安全系數自動定義。

圓線，棒螺旋圓柱壓縮彈簧[2]

螺旋線做成的圓柱形彈簧，工作線圈之間間隙恒定，可以吸收軸向的外部作用力。行徑爲16mm以下的彈簧通常爲冷成型。熱成型彈簧一定用于大尺寸，線徑超過10mm。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（負載方式，沖擊力） [2.2 - 2.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [2.6 - 2.8], 在計算的設計（優化）功能中選一 [2.9].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 爲設計的彈簧檢查安全計算值 [2.16]。
5. 在表格中選擇彈簧收尾設計 [2.18]。
6. 設置卸載彈簧的相應長度。[2.21]
7. 檢查彈簧工作循環參數。[2.27]
8. 章節用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。[17]

警告：對于壓縮彈簧，必須總是檢查測變形保護。

提示：詳細的壓縮彈簧計算信息可以查看幫助的理論章節。

2.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

2.9 彈簧優化

本章節的控制用于開啓計算的設計（優化）功能。

• 通過移動滾動條對給定的彈簧指數 D/d開始彈簧設計。
• .當按下適當的按鍵時，你將在保證在章節 [2.1]中選定的彈簧尺寸而設計彈簧。

當設計彈簧時，計算將試著最優化尺寸從而線徑在保證目標安全前提下越小越好。

備注：對給出的彈簧指數D/d時設計彈簧，計算將在超出首選系列中挑選最接近的適合線徑。

2.10 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[2.16] 一定不能低于目標值[1.27] 。

用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

2.18 彈簧收尾設計

從表中選擇所需的彈簧收尾設計。

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

2.21 自由彈簧長度

設置卸載彈簧的相應長度

備注：如果輸入框右邊的檢查框被選中，彈簧自由長度將自動按照推薦值的範圍而設置。

2.27 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形（壓縮量）
L	彈簧長度
t	彈簧材料的扭應力

 

方形線和棒的螺旋圓柱壓縮彈簧. [3]

螺旋線做的圓柱形彈簧，工作線圈間距恒定，能夠吸收軸向外力。方形線冷拉彈簧。熱成形一定用于高負載彈簧或彈簧尺寸較大，線徑超過10mm。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（負載方式，沖擊力） [3.2 - 3.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [3.6 - 3.9], 在計算的設計（優化）功能中選一[3.10].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 爲設計的彈簧檢查安全計算值[3.17]
5. 在表格中選擇彈簧收尾設計[3.19].
6. 設置卸載彈簧的相應長度。[3.22]
7. 檢查彈簧工作循環參數。[3.28]
8. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

警告：對于壓縮彈簧，必須總是檢查測變形保護。

提示：詳細的壓縮彈簧計算信息可以查看幫助的理論章節。

3.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

3.10 彈簧優化

本章節的控制用于開啓計算的設計（優化）功能。

• 通過移動滾動條對給定的彈簧指數 D/d, b/h 開始彈簧設計。
• 當按下適當的按鍵時，你將在保證在章節 [3.1]中選定的彈簧尺寸而設計彈簧。

當設計彈簧時，計算將試著最優化尺寸從而線徑在保證目標安全前提下越小越好。 [1.27].

3.11 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[3.17] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [3.15, 3.16] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

3.19 彈簧收尾設計

從表中選擇所需的彈簧收尾設計。

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

3.22 自由彈簧長度

設置卸載彈簧的相應長度

備注：如果輸入框右邊的檢查框被選中，彈簧自由長度將自動按照推薦值的範圍而設置。

3.28 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形（壓縮量）
L	彈簧長度
t	彈簧材料的扭應力

 

圓線和棒螺旋圓錐壓縮彈簧. [4]

螺旋線做成的圓錐形彈簧，工作線圈之間間隙恒定，可以吸收軸向的外部作用力。行徑爲16mm以下的彈簧通常爲冷成型。熱成型彈簧一定用于大尺寸，線徑超過10mm。

隨著圓錐彈簧壓縮量的增加，工作線圈漸漸地互相接觸（最大直徑的線圈最先接觸） 。這些線圈在之後的壓縮變形中産生的彈簧系數不在起作用。工作特性因此可以被分爲兩個區域：

1. 線性工作區域（恒定彈簧系數） - FC
2. 遞增工作區域－在第一個線圈接觸以後- F>F_C

極限力F_C依據所選自由彈簧長度尺寸 L₀。隨著彈簧長度尺寸的增加，極限力F_C 和線性工作區域的彈簧系數隨之增加。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（負載方式，沖擊力）[4.2 - 4.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸[4.5 - 4.9], 在計算的設計（優化）功能中選一[4.11].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 在表格中選擇彈簧收尾設計[4.24].
5. 設置卸載彈簧的相應長度。[4.27]
6. 點擊[4.10]按鈕開始彈簧計算。
7. 檢查章節[4.10]中的結果。根據不滿意的結果調整彈簧尺寸 [4.1, 4.27] 同時重新計算。
8. 對設計彈簧檢查計算的安全值 [4.19]
9. 檢查彈簧工作循環參數[4.33]
10. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

提示：詳細的壓縮彈簧計算信息可以查看幫助的理論章節。

4.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

警告：“預－設計”參數是爲工作在恒定彈簧系數(F8C)下的彈簧而定義。對于彈簧承載更高力，工作沖擊的實際值將比這裏定義的值要低。

提示：極限力 F_C值是除了受卸載彈簧長度影響之外在行[4.27]中設置。

4.10 計算

圓錐彈簧的複雜性不允許實時計算所有參數。因此，每次更改輸入數據，必須手動點擊“計算”按鈕重新計算。

備注：如果彈簧未計算，一些輸入參數將會有近似值（“～”符號）或不定義數值。

4.11 彈簧最優化。

本章節的控制用于開啓計算的設計（優化）功能。 通過移動滾動條對給定的彈簧指數D_max/D_min, D_min/d開始彈簧設計。在設計彈簧時，在保證目標安全[1.27]前提下，計算會優化線徑越小越好。

備注：計算將在超出首選系列中挑選最近的適合線徑。

4.12 檢查數據。

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[4.19] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [4.18] 用于計算最大工作負載理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

4.21 最大負載。

這裏定義的最大負載（極限力）是在彈簧仍工作在恒定彈簧系數下。彈簧系數隨著增加的負載而增加。

提示：極限力 F_C值是除了受卸載彈簧長度影響之外在行[4.27]中設置。

4.24 彈簧收尾設計。

從表中選擇所需的彈簧收尾設計。

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

4.27 自由彈簧長度

設置卸載彈簧的相應長度

自由彈簧長度受最大力值[4.21]的影響，同時也受彈簧工作特性影響。極限力隨著彈簧長度增加以及線性工作區域的彈簧系數增加而增大。

備注：如果輸入框右邊的檢查框被選中，彈簧自由長度將自動按照推薦值的範圍而設置。

4.33 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形（壓縮量）
L	彈簧長度
t	彈簧材料的扭應力
k	彈簧比率

工作循環參數僅在執行彈簧計算後顯示。(查看 [4.10])

 

方形線和棒螺旋圓錐壓縮彈簧. [5]

螺旋線做成的圓錐形彈簧，工作線圈之間間隙恒定，可以吸收軸向的外部作用力。行徑爲16mm以下的彈簧通常爲冷成型。熱成型彈簧一定用于大尺寸，線徑超過10mm。

隨著圓錐彈簧壓縮量的增加，工作線圈漸漸地互相接觸（最大直徑的線圈最先接觸） 。這些線圈在之後的壓縮變形中産生的彈簧系數不在起作用。工作特性因此可以被分爲兩個區域：

1. 線性工作區域（恒定彈簧系數） - FC
2. 遞增工作區域－在第一個線圈接觸以後- F>F_C

極限力F_C依據所選自由彈簧長度尺寸 L₀。隨著彈簧長度尺寸的增加，極限力F_C 和線性工作區域的彈簧系數隨之增加。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（負載方式，沖擊力）[5.2 - 5.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [5.5 - 5.10], 在計算的設計（優化）功能中選一[5.12].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 在表格中選擇彈簧收尾設計[5.25].
5. 設置卸載彈簧的相應長度。 [5.28]
6. 點擊[5.11]按鈕開始彈簧計算。
7. 檢查章節[5.11]中的結果。根據不滿意的結果調整彈簧尺寸 [5.1，5.28] 同時重新計算。
8. 對設計彈簧檢查計算的安全值[5.20]
9. 檢查彈簧工作循環參數 [5.34]
10. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

提示：詳細的壓縮彈簧計算信息可以查看幫助的理論章節。

5.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

警告：“預－設計”參數是爲工作在恒定彈簧系數(F8C)下的彈簧而定義。對于彈簧承載更高力，工作沖擊的實際值將比這裏定義的值要低。

提示：極限力 F_C值是除了受卸載彈簧長度影響之外在行[5.28]中設置。

5.11 計算

圓錐彈簧的複雜性不允許實時計算所有參數。因此，每次更改輸入數據，必須手動點擊“計算”按鈕重新計算。

備注：如果彈簧未計算，一些輸入參數將會有近似值（“～”符號）或不定義數值。

5.12 彈簧最優化。

本章節的控制用于開啓計算的設計（優化）功能。 通過移動滾動條對給定的彈簧指數D_max/D_min, D_min/d開始彈簧設計。在設計彈簧時，在保證目標安全[1.27]前提下，計算會優化線徑越小越好。

5.13 檢查數據。

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[5.20] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [5.19] 用于計算最大工作負載理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

5.22 最大負載。

這裏定義的最大負載（極限力）是在彈簧仍工作在恒定彈簧系數下。彈簧系數隨著增加的負載而增加。

提示：極限力 F_C值是除了受卸載彈簧長度影響之外在行[5.28]中設置。

5.25 彈簧收尾設計。

從表中選擇所需的彈簧收尾設計。

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

5.28 自由彈簧長度

設置卸載彈簧的相應長度

自由彈簧長度受最大力值[5.22]的影響，同時也受彈簧工作特性影響。極限力隨著彈簧長度增加以及線性工作區域的彈簧系數增加而增大。

備注：如果輸入框右邊的檢查框被選中，彈簧自由長度將自動按照推薦值的範圍而設置。

5.34 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形（壓縮量）
L	彈簧長度
t	彈簧材料的扭應力
k	彈簧比率

工作循環參數僅在執行彈簧計算後顯示。(查看 [5.11])

 

盤形彈簧. [6]

被挖空截取的圓錐環形孔，能夠吸收外部軸向力帶來的相互擠壓。彈簧的截面通常爲方形。大尺寸的彈簧(t>6mm)通常磨平接觸面。

盤形彈簧設計用于高負載低變形。可以分開獨立使用或成組使用。當成組使用的時候，必須計算摩擦效應。成組的摩擦計算爲每層負載的3－5％。工作負載必須相應的增加。

盤形彈簧參數曲線的形狀受相應高度h₀/t影響很大。在高度值較低的情況下，彈簧顯現線性特性；隨著比率增大，曲線明顯降低。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（負載方式，沖擊力以及相應變形量）[6.2 - 6.5]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸[6.8 - 6.12], 在數據庫 [6.14]裏挑選彈簧或使用其中之一的功能[6.15]
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 設置彈簧的允許應力 [6.30]
5. 點擊[6.13]按鈕開始彈簧計算。
6. 檢查章節[6.13]中的結果。根據不滿意的結果調整彈簧尺寸同時重新計算。
7. 對設計彈簧檢查計算的安全值[6.34]
8. 檢查彈簧工作循環參數 [6.35]
9. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

備注: 該計算設計用于沒有加工接觸表面的盤形彈簧。另外，計算沒有計入摩擦效應。

提示：盤形彈簧計算的具體信息可以在理論幫助文檔中的找到。

6.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

6.5 最大允許彈簧變形

在選擇表中挑選允許比例的彈簧變形量。

對于靜態負載彈簧，彈簧工作變形不得超出最大變形量[6.19]的75 – 80%。若彈簧承載循環（疲勞）負載，通常允許50%變形。

6.6 組合中的平行疊片數

同方向疊片組合

提示：平行組裝增加總的彈簧硬度（彈簧比率）。同時彈簧的負載空間增加。

6.7 在一堆疊中的連續組合數

疊片或疊片組反向堆疊組裝

提示：疊片的連續組合減小彈簧的總硬度（彈簧比率）

6.13 Calculation. 計算

盤形彈簧的複雜性不允許對彈簧所有參數進行實時計算。因此，一旦改變每個輸入參數，必須手動點擊“計算”按鈕重新計算。

備注：如果彈簧未計算，一些輸入參數將會有近似值（“～”符號）或不定義數值。

6.14 彈簧選擇

在選擇表中你可以找到常用加工尺寸的盤形彈簧數據庫。表中彈簧尺寸定義爲"D_e x D_i x t x h".

備注：計算中SI單位表中定義由Schnorr GmbH提供的彈簧尺寸（帶有“*”符號的指定彈簧符合DIN2093）。計算中的英制單位使用由 Key Bellevilles，Inc and WCL公司制造的彈簧，

警告：一旦從表中選擇了彈簧，程序將自動設計成組疊片數的滿意值[6.6, 6.7]。

6.15 搜索彈簧。

本章節用于自動設計（搜索）滿足尺寸要求的盤形彈簧

在選擇表中設置來自目標工作沖擊[6.4]的允許偏差和最大允許成組疊片數。一旦點擊“首個搜索”按鍵，程序將再表格 [6.14]中搜索首個彈簧，在保證最小安全系數的同時符合所有定義的要求。

6.22 最大允許負載。

理論上確定最大工作負載值，彈簧的最大壓力[6.31]不會超過允許極限[6.30]同時滿足允許彈簧變形。

6.29 強度檢查。

盤形彈簧出現的應力更加複雜。最大應力（壓力）産生于內部最高邊。張力出現在底部外圈。最大壓應力用于靜態負載下的強度檢查。循環（疲勞）負載彈簧，張力需檢查。

本章節定義靜態負載彈簧的強度檢查結果。通過使用材料的允許應力[6.30]和完全負載彈簧最大壓力 [6.31]的比較來執行檢查。安全等級的結果不能低于推薦值[6.33]。

警告：循環負載彈簧必須同時檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17]。

6.30 允許壓應力

輸入彈簧材料的允許壓應力。

備注：如果輸入區域的右邊檢查框被選中，所選材料的允許應力將自動被設置[1.6]。

6.33 推薦安全等級。

所選材料[1.6]的推薦安全等級根據章節[1.21]中定義的工作條件來評估。

6.35 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形（壓縮量）
L	彈簧長度
sP	最大壓力
k	彈簧比率

工作循環參數僅在執行彈簧計算後顯示。(查看 [6.13])

 

圓線和棒螺旋圓柱拉伸彈簧. [7]

螺旋的線圈做成的圓柱形彈簧，工作線圈之間爲恒定間隙，可以吸收外部軸向力。線徑約爲16mm的彈簧線圈爲冷成型。熱成型彈簧一定是用于線徑大于10mm的高負載産品上。

彈簧設計流程.

1. 在表中選擇適合的彈簧設計[7.1]
2. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊） [7.4 - 7.6]
3. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [7.8 - 7.10], 在計算的設計（優化）功能中選一[7.11].
4. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
5. 對設計彈簧檢查計算的安全值 [7.18]
6. 在表格 [7.20] 中選擇目標彈簧挂鈎設計，在行 [7.22]中設置其高度。
7. 在行[7.24, 7.25]中設置相應的彈簧內應力（內應力彈簧）或卸載彈簧長度（無內應力彈簧）
8. 如果需要，檢查和調整章節[7.2]中彈簧設計參數。
9. 檢查彈簧工作循環參數[7.31]
10. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

推薦：考慮到固定卡鈎的形狀和設計會影響到彈簧的使用壽命以及無法做到完美的噴丸效果，不推薦使用拉伸彈簧于疲勞負載。如果必須使用拉伸彈簧承載疲勞負載，推薦避免使用固定卡鈎而選擇其他類型的彈簧固定方式。

警告：彈簧負載在固定卡鈎處會産生應力集中，並且明顯大于彈簧線圈中的計算應力。因此推薦檢查固定卡鈎負載、

提示：具體的拉伸彈簧計算信息可以在幫助文件中理論部分找到。

7.1彈簧類型

拉伸彈簧使用于兩種基本設計：

1. 預壓彈簧.
   冷成型拉伸彈簧適合預應力加工，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。
2. 無內部預壓彈簧.
   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。自由狀態下的線圈間距通常爲 0.2*D < p < 0.4*D。

備注：熱成型彈簧和方形線圈彈簧總是無內應力生産。

7.2 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

7.11 彈簧最優化。

本章節的控制用于開啓計算的設計（優化）功能。

• 通過移動滾動條對給定的彈簧指數 D/d開始彈簧設計。
• 當按下適當的按鍵時，你將在保證在章節 [7.2]中選定的彈簧尺寸而設計彈簧。

當設計彈簧時，計算將試著最優化尺寸從而線徑在保證目標安全前提下越小越好。 [1.27].

備注：對給出的彈簧指數D/d時設計彈簧，計算將在超出首選系列中挑選最接近的適合線徑。

7.12 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[7.18] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [7.16，7.17] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

備注：這裏使用的計算僅執行彈簧工作線圈的強度檢查，並沒有考慮到任何的在固定卡鈎處的應力集中。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

7.20 彈簧收尾設計

從表中選擇所需的彈簧收尾設計。

彈簧負載在固定卡鈎處産生應力集中同時應力明顯大于彈簧線圈處的計算應力。這就是爲什麽有時候彈簧使用不同的安裝方式。

備注：熱成型彈簧和循環負載彈簧通常不使用彈簧卡鈎。

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

7.22 彈簧卡鈎高度。

彈簧卡鈎的高度根據不同類型的彈簧而定，它們的推薦極限值被指定。對于無固定卡鈎的彈簧，這一項目爲工作線圈的末端到固定彈簧點之間的距離。（查看下圖）

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

7.24 內應力

內應力産生于鋼絲繞線的過程中，其大小依據所選材料，彈簧指數和繞線方法。線圈間存在間隙的彈簧內應力爲零。

備注：若輸入區域右側的檢查框被選中，彈簧內應力將在推薦值的範圍內自動設置。

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

7.25 自由彈簧長度

輸入無內應力彈簧的自由長度。

備注：若輸入區域右側的檢查框被選中，彈簧內應力將在推薦值的範圍內自動設置。

7.31 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形（拉伸量）
L	彈簧長度
t	彈簧材料的扭應力

 

方形線和棒螺旋圓柱拉伸彈簧. [8]

螺旋的線圈做成的圓柱形彈簧，工作線圈之間爲恒定間隙，可以吸收外部軸向力。線徑約爲16mm的彈簧線圈爲冷成型。熱成型彈簧一定是用于線徑大于10mm的高負載産品上。

彈簧設計流程..

1. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊） [8.2 - 8.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸[8.6 - 8.9],在計算的設計（優化）功能中選一 [8.10].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 對設計彈簧檢查計算的安全值 [8.17]
5. 在表格 [8.19] 中選擇目標彈簧挂鈎設計，在行 [8.21]中設置其高度。
6. 設置卸載彈簧長度 [8.23]
7. 檢查彈簧工作循環參數[8.29]
8. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

推薦：考慮到固定卡鈎的形狀和設計會影響到彈簧的使用壽命以及無法做到完美的噴丸效果，不推薦使用拉伸彈簧于疲勞負載。如果必須使用拉伸彈簧承載疲勞負載，推薦避免使用固定卡鈎而選擇其他類型的彈簧固定方式。

警告：彈簧負載在固定卡鈎處會産生應力集中，並且明顯大于彈簧線圈中的計算應力。因此推薦檢查固定卡鈎負載、

提示：具體的拉伸彈簧計算信息可以在幫助文件中理論部分找到。

8.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

8.10 彈簧最優化。

 

本章節的控制用于開啓計算的設計（優化）功能。

• 通過移動滾動條對給定的彈簧指數 D/b,b/h開始彈簧設計。
• 當按下適當的按鍵時，你將在保證在章節 [8.1]中選定的彈簧尺寸而設計彈簧。

當設計彈簧時，計算將試著最優化尺寸從而線徑在保證目標安全前提下越小越好。 [1.27].

8.11 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[8.17] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [8.15,8.16] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

備注：這裏使用的計算僅執行彈簧工作線圈的強度檢查，並沒有考慮到任何的在固定卡鈎處的應力集中。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

8.19 彈簧收尾設計

由于産生在挂鈎處的應力集中，方形線彈簧通常使用不同的彈簧固定方式。

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

8.21 彈簧卡鈎高度。

彈簧卡鈎的高度根據不同類型的彈簧而定，它們的推薦極限值被指定。對于無固定卡鈎的彈簧，這一項目爲工作線圈的末端到固定彈簧點之間的距離。（查看下圖）

提示：具體的信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

8.23 自由彈簧長度

輸入卸載彈簧的自由長度。

備注：若輸入區域右側的檢查框被選中，彈簧內應力將在推薦值的範圍內自動設置。

8.29 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形（拉伸量）
L	彈簧長度
t	彈簧材料的扭應力

 

盤旋彈簧. [9]

彈簧由帶狀方形截面的線卷繞成阿基米德渦[螺旋]線，工作線圈間爲恒定間距，承載卷繞方向的扭力。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊）[9.2 - 9.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [9.6 - 9.10], 在計算的設計（優化）功能中選一 [9.11].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 對設計彈簧檢查計算的安全值 [9.18]
5. 檢查彈簧工作循環參數 [9.26]
6. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

該計算用于設計固定端部的盤形彈簧。

提示：具體的盤形彈簧設計信息可以在幫助文件中的理論部分找到。

9.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

9.11 彈簧最優化。

本章節的控制用于啓動計算的設計（優化)功能。對于給定的比率R_i/t, b/t, a₀/t，通過移動滾動條來開始彈簧設計。當設計彈簧時，計算將試著最優化尺寸從而線徑在保證目標安全[1.27]前提下越小越好。

備注：計算將在超出的預選項目中選擇最近的適合帶的厚度。

9.12 檢查數據。

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[9.18] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [9.16，9.17] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

9.26 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

M	彈簧負載（扭力）
n	工作線圈數
α	彈簧角度偏移（扭曲）
δ	引腳角度
б	彈簧材料彎曲應力

 

圓線螺旋圓柱扭力彈簧. [10]

螺旋線做的圓柱形彈簧，工作線圈間爲恒定間距，能夠吸收線圈纏繞方向或反方向的外部力。彈簧線徑接近約16mm的通常爲冷拉線。熱成形用于線徑超過10mm的強度負載彈簧

扭簧有兩種基本設計：密緊線圈和松弛線圈（線圈間距）。如果是靜態負載，推薦使用密緊彈簧。松弛彈簧適合用于疲勞負載。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊）[10.2 - 10.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸[10.6 - 10.8],在計算的設計（優化）功能中選一[10.9].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 對設計彈簧檢查計算的安全值 [10.16]
5. 在表格[10.18]中選擇彈簧引腳設計
6. 設置彈簧線圈部分的相應長度[10.21]
7. 檢查彈簧工作循環參數[10.27]
8. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

備注：該計算設計用于線圈卷繞方向的扭轉負載，不計入彈簧內部或外部導向零件的支撐效果。也不計入出現的摩擦效果。線圈之間的可能的摩擦也不計入在內。

警告：彎曲引腳彈簧在折彎點會産生扭力集中，這個應力大于在彈簧線圈中的計算應力。因此推薦檢查引腳負載。

提示：扭簧計算的具體信息可以在幫助的理論部分找到。

10.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

10.9 彈簧優化

本章節的控制用于啓動計算的設計（優化)功能。

• 對于給定的彈簧指數 D/d，通過移動滾動條來開始彈簧設計。
• 點擊按鍵時你將爲定義彈簧線徑的彈簧開始設計[10.6]。

當設計彈簧時，計算將試著最優化尺寸從而線徑在保證目標安全[1.27]前提下越小越好。

備注：對給出的彈簧指數D/d時設計彈簧，計算將在超出首選系列中挑選最接近的適合線徑。

10.10 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[10.16] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [10.14，10.15] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

備注：這裏的計算僅對工作線圈的應力執行強度檢查，不會考慮到在彈簧引腳上的任何可能性的應力集中。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

10.18 彈簧收尾設計

在表中選擇目標彈簧收尾設計

提示：具體信息可以在幫助的理論部分找到。

10.21 線圈部分長度

設置線圈部分相應長度

備注：若輸入區域右側的檢查框被選中，彈簧內應力將在推薦值的範圍內自動設置。

10.25 完全負載彈簧尺寸

功能變形（引腳偏移）導致彈簧尺寸變化。負載下沿著卷繞方向的彈簧直徑減小。 另外：封閉卷繞彈簧長度增加。

10.27 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

M	彈簧負載（扭力）
α	彈簧角度偏移（扭曲）
δ	引腳角度
б	彈簧材料彎曲應力

 

方形線和螺旋圓柱扭簧. [11]

螺旋線做的圓柱形彈簧，工作線圈間爲恒定間距，能夠吸收線圈纏繞方向或反方向的外部力。彈簧線徑接近約16mm的通常爲冷拉線。熱成形用于線徑超過10mm的強度負載彈簧

扭簧有兩種基本設計：密緊線圈和松弛線圈（線圈間距）。如果是靜態負載，推薦使用密緊彈簧。松弛彈簧適合用于疲勞負載。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊） [11.2 - 11.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [11.6 - 11.8], 在計算的設計（優化）功能中選一[11.10].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 對設計彈簧檢查計算的安全值
5. 在表格[11.19]中選擇彈簧引腳設計
6. 設置彈簧線圈部分的相應長度[11.22]
7. 檢查彈簧工作循環參數 [11.28]
8. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

備注：該計算設計用于線圈卷繞方向的扭轉負載，不計入彈簧內部或外部導向零件的支撐效果。也不計入出現的摩擦效果。線圈之間的可能的摩擦也不計入在內。

警告：彎曲引腳彈簧在折彎點會産生扭力集中，這個應力大于在彈簧線圈中的計算應力。因此推薦檢查引腳負載。

提示：扭簧計算的具體信息可以在幫助的理論部分找到。

11.1彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

11.10 彈簧優化

本章節的控制用于啓動計算的設計（優化)功能。

• 根據所給比率D/t, b/t通過移動滾動條來開始彈簧設計
• 點擊按鍵時你將爲定義彈簧線徑的彈簧開始設計[11.6]

當設計彈簧時，計算將試著最優化尺寸從而線厚在保證目標安全[1.27]前提下越小越好。

備注：對給出的彈簧指數D/t時設計彈簧，計算將在超出首選系列中挑選最接近的適合線厚度。

11.11 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[11.17] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [11.15，11.16] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

備注：這裏的計算僅對工作線圈的應力執行強度檢查，不會考慮到在彈簧引腳上的任何可能性的應力集中。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

11.19 彈簧收尾設計

從列表中選擇目標彈簧收尾設計

提示：詳細信息可以在幫助的理論部分找到。

11.22 工作線圈長度。

設置工作線圈部分的相應長度。

備注：如果輸入區域的右側檢查框被選，彈簧長度將在推薦值的範圍內自動設置。

11.26 全負載彈簧尺寸。

扭簧的功能變形導致其尺寸變化。在負載過程中彈簧線圈纏繞方向上的彈簧直徑減小。另外，封閉纏繞彈簧長度增加。

11.28 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

M	彈簧負載（扭力）
α	彈簧角度偏移（扭曲）
δ	引腳角度
б	彈簧材料彎曲應力

 

圓截面扭矩杆彈簧 [12]

根據承載扭矩圓截面細長杆原則設計彈簧。杆的末端通常用軸套固定。有時一端做成正方形從而便于安裝。

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊） [12.2 - 12.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [12.6, 12.7], 在計算的設計（優化）功能中選一[12.8].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 對設計彈簧檢查計算的安全值 [12.15]
5. 檢查彈簧工作循環參數 [12.16]
6. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

備注：扭矩杆彈簧必須考慮彎曲應力安全保護

提示：扭矩杆彈簧計算的具體信息可以在幫助文檔的理論部分找到。

12.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

12.8 彈簧優化

點擊按鍵你將設計一個滿意尺寸的彈簧。設計彈簧時計算試著優化尺寸從而杆的直徑在保證安全等級 [1.27]下僅可能的小。

備注：計算將在超出的預選項目中選擇最近的適合杆直徑

12.9 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[12.15] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [12.13，12.14] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

12.16 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

M	彈簧負載（扭力）
α	彈簧角度偏移（扭曲）
t	彈簧材料的扭應力

 

方形截面扭矩 [13]

根據承載扭矩方形截面細長杆原則設計彈簧

彈簧設計流程.

1. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊） [13.2 - 13.4]
2. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸[13.6 - 13.8],在計算的設計（優化）功能中選一[13.9].
3. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
4. 對設計彈簧檢查計算的安全值
5. 檢查彈簧工作循環參數[13.17]
6. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

備注：扭矩杆彈簧必須考慮彎曲應力安全保護

提示：扭矩杆彈簧計算的具體信息可以在幫助文檔的理論部分找到。

13.1 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

13.9 彈簧優化

本章節的控制用于啓動計算的設計（優化)功能。

• 通過移動滾動條對給定的彈簧指數b/t開始彈簧設計。
• 當按下適當的按鍵時，你將在保證在章節 [13.1]中選定的彈簧尺寸而設計彈簧。 .

設計彈簧時計算試著優化尺寸從而杆的厚度在保證安全等級 [1.27]下僅可能的小。

備注：對給出的比率b/t時設計彈簧，計算將在超出首選系列中挑選最接近的適合線厚度。

13.10 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[13.16] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [13.14，13.15] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

13.17工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

M	彈簧負載（扭力）
α	彈簧角度偏移（扭曲）
t	彈簧材料的扭應力

 

恒定截面片彈簧. [14]

基于截面爲方形的細長杆承受彎曲負載的彈簧。用于懸臂彈簧（固定一端面），或杆（固定兩端面）。有方形，三角形或梯形彈簧被使用。

彈簧設計流程.

1. 在表格[14.1, 14.2]中選擇相應彈簧設計和形狀.
2. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊）[14.4 - 14.6]
3. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [14.8 - 14.11], 在計算的設計（優化）功能中選一 [14.12].
4. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
5. 對設計彈簧檢查計算的安全值
6. 檢查彈簧工作循環參數[14.20]
7. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

推薦：彈簧變形一定不能超過彈簧功能長度的30％。對于高變形的彈簧，實際變形量可能與理論計算值有所區別。

提示：片彈簧計算的具體信息可以在幫助文檔的理論部分找到。

14.3 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

14.12 彈簧優化

本章節的控制用于啓動計算的設計（優化)功能。

• 通過移動滾動條對給定的彈簧指數L/b開始彈簧設計。
• 當按下適當的按鍵時，你將在保證在章節 [14.3]中選定的彈簧尺寸而設計彈簧。.

設計彈簧時計算試著優化尺寸從而片厚度在保證安全等級 [1.27]下僅可能的小。

備注：計算將在超出的預選項目中根據給定的比率L/b選擇最近的適合片厚度。

14.13 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[14.19] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [14.17，14.18] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

14.20 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形量
б	彈簧材料彎曲應力

 

抛物線片彈簧. [15]

基于截面爲方形的細長杆承受彎曲負載的彈簧。用于懸臂彈簧（固定一端面），或杆（固定兩端面）。通常爲方形，有時也有中間厚兩端爲片的彈簧。

彈簧設計流程.

1. 在表格中選擇相應彈簧設計和形狀.[15.1]
2. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊） [15.3 - 15.5]
3. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸[15.7 - 15.11], 在計算的設計（優化）功能中選一 [15.12].
4. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
5. 對設計彈簧檢查計算的安全值[15.19]
6. 檢查彈簧工作循環參數 [15.20]
7. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

推薦：彈簧變形一定不能超過彈簧功能長度的30％。對于高變形的彈簧，實際變形量可能與理論計算值有所區別。

提示：片彈簧計算的具體信息可以在幫助文檔的理論部分找到。

15.2 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

15.12 彈簧優化

本章節的控制用于啓動計算的設計（優化)功能。

• 通過移動滾動條對給定的彈簧指數L/b開始彈簧設計
• 當按下適當的按鍵時，你將在保證在章節 [15.2]中選定的彈簧尺寸而設計彈簧。

設計彈簧時計算試著優化尺寸從而片厚度在保證安全等級 [1.27]下僅可能的小。

備注：計算將在超出的預選項目中根據給定的比率L/b選擇最近的適合片厚度。

15.13 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[15.19] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [15.17，15.18] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

15.20 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

Meaning of the parameters: 參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形量彈簧負載（力）
б	彈簧材料彎曲應力

 

疊板彈簧. [16]

以承載彎曲應力的一疊方形截面細長杆爲原則的彈簧

彈簧設計流程.

1. 在表中選擇彈簧片的相應形狀[16.1]
2. 設置工作循環的運行參數（工作負載和彈簧沖擊） [16.3 - 16.5]
3. 在輸入區域設置預定彈簧尺寸 [16.7 - 16.11], 在計算的設計（優化）功能中選一 [16.12].
4. 依據計算得出的推薦值（綠色單元）調整彈簧尺寸，從而使計算的工作負載和彈簧沖擊爲最佳目標值。
5. 對設計彈簧檢查計算的安全值[16.19]
6. 檢查彈簧工作循環參數[16.20]
7. 章節[17]用來檢查循環（疲勞）負載彈簧。

推薦：彈簧變形一定不能超過彈簧功能長度的15％。對于高變形的彈簧，實際變形量可能與理論計算值有所區別。

備注：這裏的計算並不考慮彈簧片之間的摩擦影響。

提示：片彈簧計算的具體信息可以在幫助文檔的理論部分找到。

16.2 彈簧設計

在本工作表中的設計方法允許定義彈簧的一個確定的松開角度尺寸。因此對于每個輸入參數符合彈簧其他參數的准確值被實時計算。這些數值在輸入框的右邊以綠色顯示。在輸入框中使用"<"按鍵輸入計算值。

16.7 額外的全長片數目

全長彈簧片，恒定截面方形。這些片被加入彈簧原因如下：

• 增加彈簧硬度和負載空間
• 它們通常以卡鈎結尾來固定彈簧

16.12 彈簧優化

本章節的控制用于啓動計算的設計（優化)功能。

• 通過移動滾動條對給定的彈簧指數L/b開始彈簧設計。
• 當按下適當的按鍵時，你將在保證在章節 [16.2]中選定的彈簧尺寸而設計彈簧。

設計彈簧時計算試著優化尺寸從而片的厚度在保證安全等級 [1.27]下僅可能的小。

備注：計算將在超出的預選項目中根據給定的比率L/b選擇最近的適合片厚度。

16.13 檢查數據

本章節定義了設計彈簧的強度檢查結果。檢查通過比較所選材料[1.20]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。結果安全等級[16.19] 一定不能低于目標值[1.27] 。

行 [16.17，16.18] 用于計算最大工作負載和彈簧沖擊的理論值，同時設計的彈簧目標安全等級也需達到。

警告：循環負載彈簧也必須檢查潛在的疲勞破壞－查看章節[17] 。

16.20 工作循環參數

本章節定義在預壓 (index 1)，完全負載 (index 8)和極限條件(index 9)各個狀態下設計彈簧的工作參數。

參數含義：

F	彈簧負載（力）
s	彈簧變形量
б	彈簧材料彎曲應力

 

疲勞負載彈簧負載能力檢查. [17]

本節設計執行循環（疲勞）負載彈簧強度檢查，也就是彈簧工作壽命大于10⁵ 。 檢查通過比較所選材料 [17.8]的允許應力和實際全負載彈簧應力而執行。[17.4]

檢查流程

1. 在表[17.1]中選擇適合的彈簧類別。
2. 選擇目標彈簧壽命[17.2]
3. 設置彈簧材料的耐力極限[17.6]
4. 檢查彈簧防疲勞破壞的安全等級[17.10]

如果彈簧不能滿足耐力檢查，堅持下面的建議的同時重複設計：

• 使用最高強度的材料，適合動態負載（查看[1.7]）
• 設計超安全標准彈簧，更高的靜態安全等級[1.27]
• 設計彈簧的最大和最小負載之間的大小區別越小越好。

17.2 彈簧目標壽命。

疲勞負載彈簧的兩個範圍是明顯的。第一個範圍，極限壽命低于10⁷ 的工作循環，疲勞強度隨著工作循環數增加而減小。另一個範圍，無限壽命（大于 10⁷工作循環）材料的疲勞極限保持近似不變。

17.6 耐力極限

對無限壽命彈簧設置耐力極限。如果輸入區域右側的檢查框被選中，對于選定的材料耐力極限的最小值將自動被設置 [1.6]，另外彈簧的表面處理亦被選擇[1.26]。

警告：耐力極限通常不僅僅受限于材料特性也和承載應力大小有關。減小零件尺寸同時耐力極限增加。這就是在最終計算時我們推薦定義材料極限時需考慮物料清單中彈簧尺寸以及制造商的規格。

17.8 額定負載下的最大疲勞強度

最大疲勞強度極限的定義是依據所選材料的疲勞極限以及使用 Smith疲勞圖標而給出的彈簧負載曲線。

17.9 推薦最小安全等級

對于選定的材料[1.6]的推薦安全等級評估于定義在節[1.21]中的工作條件。

備注：這裏定義的值並不綜合一些其他因數，例如輸入信息的精度和可靠性，設備的重要性，産品品質，等等。

設置計算，改變語言.

設置計算參數和設置系統語言的信息可以在"設置計算，改變語言".文件中找到

工作表修改（計算）.

如何修改和拓展計算工作表的常規信息可以查看"工作表（計算）修改".