如何增強彈簧的強度？

尋找橡樹的木棉

手頭遇到一個棘手的問題，其實不難，本人初涉及到，有點暈乎。
9 c  t2 d) P) E) [& m8 }
原有彈簧是內孔32.3，外徑36.7，彈簧截面是6*2.2的長方形截面，強度不夠。前提是總長度不便，彈簧的內外圈尺寸不變，我現在采用的是增加螺距和彈簧截面的尺寸，變為7*2.2，這樣一來就減少了有效彈簧圈數，不知道這樣能否增強強度，根據胡克定律F=k*x來計算的話，也不是很清楚 ，k=EI/L,
: `4 ^- D4 N" Z
這樣的結果不知道對不對，還是得專門用設計彈簧的公式計算呢？
7 v; O( n! Y% L: E: L! E- W
求教各位，望給意見，謝謝！

猛龍C

1 f' C9 [  @0 G2 C  K. ]前一段日子計算彈簧，用到一部分資料，可能正好適合于你，現貼出，供參考。
- e" ?+ K5 w5 ]0 Z8 b

猛龍C

剛才貼的東西上下標不分，再貼一下。
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彈簧的彈性系數
: w6 s% \: D8 |* e+ Y( p( {% w彈簧的彈性系數k與彈簧的直徑，彈簧的線徑，彈簧的材料，彈簧的有效圈數有關。具體關系是：
2 q4 S4 m- s( E* H與彈簧圈的直徑成反比，
與彈簧的線徑的4次方成正比，
1 `! t! f/ Z) s/ ]與彈簧的材料的彈性模量成正比，
與彈簧的有效圈數成反比.
c=F/λ＝Gd4/8D23n＝Gd/8C3n
上式中：
' a7 b" ]' A5 w7 U+ F$ Tc：彈簧的剛度，（即你所說的彈性系數，中學物理叫倔強系數k）；
7 V+ k/ I+ Q) @, i- ZF：彈簧所受的載荷；
' t3 {, n4 T/ \$ T6 _5 `+ Q5 hλ：彈簧在受載荷F時所產生的變形量；
& e2 B; c) q4 ]8 j2 JG：彈簧材料的切變模量；（鋼一般取8×104MPa，青銅一般取4×104MPa）
d：彈簧絲直徑；
7 U# N* |9 Y7 {5 ^+ MD2：彈簧直徑；
$ G4 Z9 I; O0 U3 Z2 pn：彈簧有效圈數；
C：彈簧的旋繞比（又稱為彈簧指數 ）
1 K" w, S( Y" ^! b由上式可知。當其它條件相同時，C值愈小的彈簧，剛度愈大，亦即彈簧愈硬；反之則愈軟。還應注意到，C值愈小，彈簧內、外側的應力差愈懸殊，卷制愈難，材料利用率也就愈低，并且在工作時將引起較大的扭應力。所以在設計彈簧時，一般規定C≥4，且當彈簧絲直徑d越小時，C值越宜取大值。
其實上面這個公式是根據微段彈簧絲ds受轉矩后扭轉dθ，從而產生微量變形dλ，再將dλ積分而得到圓彈簧絲螺旋彈簧在受載荷F后所產生的變形量。
0 b, }0 [; q# @  g5 D2 h
5 r+ ?5 ^/ R6 C, O% w! r, s3 q* E關于彈簧的旋繞比
5 S! k. R( o7 i  U9 l( G8 v( }! v% \7 M又稱彈簧指數。
  o' z0 `- M9 h) K用C=D/d表示。
D表示彈簧中徑，d表示彈簧鋼絲直徑。
1 B0 Y' u( \+ B( H% F彈簧指數C影響彈簧的強度、剛度、穩定性及制造的難易。
C值大，中徑D較大，鋼絲直徑較小，彈簧較軟，剛性小，容易變形，容易繞制。C值小，則相反，彈簧較硬，剛性大，不易繞制。
設計中，一般推薦取4≤C≤14。具體選擇可參考小表：
# G7 d% e, D4 ^% ]4 }# E* _5 _* b

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

/ t: t0 C) F) P+ r) [

彈簧鋼切變模量G

標準值G=8×104MPa
彈簧材料60Si2MnA經450℃回火處理后的切變模量83160MPa與傳統的8×104MPa相比就可使彈簧的變形量相差約3．95％；而與GB／T1239．6-92中規定的78×103N／mm2則相差6．62％。如果彈簧材料為鉻釩鋼，如50CrVA，取其600℃回火時(硬度約為47．5HRc)的切變模量G值為86600MPa［6］G＝8×104MPa和78×103N／mm2相比較，分別相差8．25％和11．03％。亦即，當彈簧材料、鋼絲直徑、彈簧中徑、有效圈數以及結構、載荷等都保持不變時，只是由于材料經過熱處理后的切變模量值改變，將使彈簧的變形量早在設計計算時就已產生了先天性誤差3．95％或6．62％，甚至更達8．25％或11．03％。這個誤差并不是由于彈簧尺寸和材料內部的組織不均勻所造成的，而是人為的誤處理或忽略了熱處理對材料切變模量的影響。因為，切變模量不僅僅是材料本身固有的特性，而且還與熱處理狀態有關，并決定彈簧的變形量與載荷之間的關系。
6 O: B) P9 P/ W2 U+ g為此，筆者認為，在對特性線要求較高的螺旋彈簧進行設計計算時，似應根據彈簧的服役條件，如工作溫度、載荷等，且考慮熱處理對其切變模量的影響。即按熱處理后的彈簧材料的切變模量取值，而不是傳統的給定值。即使對于特性線要求不高的螺旋彈簧來說，也不該不考慮彈簧經過熱處理后的切變模量的變化。至于具體應取何值，這主要根據彈簧的工作條件、載荷性質等確定。一般情況下，彈簧需經淬火加中溫回火處理。按GB／T1239．6-92規定，熱處理45HRC～50HRC，要在相應的回火溫度和硬度要求范圍內選取切變模量。

negtive

強度肯定會上升。但是你要考慮最大使用載荷會不會超過材料的許用應力極限。
8 x# k$ y) q8 n0 \. f, t; F- M

尋找橡樹的木棉

猛龍C 發表于 2014-11-4 16:57
剛才貼的東西上下標不分，再貼一下。

彈簧的彈性系數

0 h, N: @, g: ?  V: K. @萬分感謝，很有幫助！

尋找橡樹的木棉

negtive 發表于 2014-11-4 20:42
強度肯定會上升。但是你要考慮最大使用載荷會不會超過材料的許用應力極限。

這個倒是忘了，多謝提醒?。?br /> + R& [* L, S4 i; Z! a! i  M) U" Y