一、 圆柱形螺旋弹簧简介
定义：将簧丝绕制成圆柱形螺旋状的弹簧；其簧丝截面为圆形或矩形。
圆柱形螺旋弹簧可用作拉伸弹簧、压缩弹簧或扭转弹簧。本文针对压缩弹簧进行介绍。弹簧结构参数如表1.1所示。
压簧：线径×外（内)径× 长度×圈数
结构参数表 1.1
宝商集团陕西辰济药业有限公司名称 | 表示字母 | 单位 | 备注 |
材料直径（线径） | d | mm/inh | 弹簧钢丝直径 |
中径 | D | mm | |
外径 | | mm | |
内径 | | mm | |
节距/pitch | t | mm | |
绕旋比 | C | | C=D/d，5~10mm易生产 |
自由高度 | | mm | |
工作高度 | | mm | i=1,2,3,… |
压并高度 | | mm | 弹簧最短时 |
展开长度 | L | mm | 弹簧拉直的长度 |
螺旋角 | | | |
初拉力 | | g/kg | |
弹簧刚度矫形鞋/弹性系数 | k | N/mm | 单位变形量的工作负荷 |
自由角度 | | | 扭转弹簧没有负荷时的角度 |
工作角度 | | | |
| 水隔离泵 有效圈数 | n | | |
| | | |
二、 公式
胡克定律：
弹性系数：
弹簧弹力：
注： F——弹簧弹力
——变形量
G——切变模量
其中G与温度有关，在以气体为动力的汽动械中，弹簧的工作环境温度在60以下，而在60以下时，弹簧切变模量G的温度修正系数取值为1，故G的大小至于弹簧选用材料有关，可由机械设计手册第二卷查到。
三、 分析
（1） G由弹簧材料决定，取值参照d在机械设计手册第二卷中选取。在室温条件下切变模量温度修正系数为1，公司产品中弹簧材料多选用琴钢丝和热轧弹簧钢，则前者G取79GPa，后者G取78GPa;虽然随着G的增加，弹簧弹力酸洗槽F线性增大，但考虑到弹簧成本和结构尺寸限制，而且常用弹簧材料中G取79GPa已经最大，故不考虑改变G来实现弹簧弹力的改进。 （2） 弹簧有效圈数增加，弹簧弹性系数变小，弹力减小。弹簧有效圈数n的变化直接影响压并高和自由高度，以及最大压缩变形量。在同样的工作高度的条件下，则 ： ，是减小的；反之则，是增加的。
（3） 在弹性系数及其他条件不变的情况下，，有随着的变大而线性增加。一般产品结构确定的条件下，弹簧压缩行程固定，不通过改变变形量来实现弹力的改变。
（4） 次要影响因素D：针对单因素D研究其对F的影响时，有， F随着D的增加，进行递减，影响较大。设计弹簧时，考虑到弹簧安装基准，如以内径为装配基准，在增大线径大小时，中径也要相应增大；如以外径为装配基准，在增大线径大小时，中径要相应减小，这种情况会使弹簧弹力大幅提高。
（5） 主要影响因素d：针对单因素d研究其对F的影响时，有，F随着d的增大而增大。增大线径固然能大幅提高弹簧弹力，增大线径同时也增大了压并高，影响圆柱形螺旋弹簧的直径大小，在设计时，必须综合考虑到工作高度，压并高要求以及弹簧内、外径的要求范围。
四、 结论
(1) 主要因素是线径d，影响关系式：，弹力与线径成正比，四次方关系，影响较大。
(2) 次要关系是中径D，影响关系式：，弹力与中径成反比，负三次方关系。
(3) 有效线圈数n与F成反比，线性关系，n增加一倍，F减小一倍。
(4) 压缩变形量与F成正比，增大一倍，F增大一倍。
(5) 切变模量G与弹簧材料有关，与F成正比，与一样。
综上所述，在公司开发的产品中，一般弹簧材料选用的是T9A，考虑加工成本等，一般不通过改变弹簧材料来实现弹簧弹力的改变；由于产品结构一般设计固定后，弹簧工作行程大小也固定，故不通过改变弹簧压缩变形量来实现弹簧弹力的改变；
针对主次因素，可以通过增大弹簧线径，减小有效圈数，甚至减小中径大小，来实现弹簧弹力的大幅增大，在增大线径的同时要考虑弹簧装配基准问题，如以内径为基准，则中径随之增大，这对弹簧弹力的增大起反作用；如以外径为基准，则增大线径，中径也随之减小，这将使弹簧弹力得到大幅提高。在减小有效圈数的同时要充分考虑弹簧自由高度，使安装后的弹簧有一定的弹力，不至于安装后出现松动。一般设计增大弹簧弹力，需要综合考虑，通过改变各个因素，既要符合弹簧工作要求，又能最优化的提升弹簧弹力。
案例：
原弹簧：线径d=1.1mm，自由高度=110mm，总圈数=20，外径=11mm，中径=9.9mm，要求工作高度=23mm，求弹力F：
解答：压并高=21*1.1=23.1mm （注：这里压并高比工作高度大是错误的，但是差值小，）
变形量=110-23=87mm
有效圈数n=18
弹簧弹力：
改进要求：（1）安装高度80.3mm，（2）工作高度23mm，（3）外径不大于12.3mm，（3）内径不小于9.3mm，（4）载荷增大
解答：增大线径比d=1.3mm，由于工作高度为23mm，则压并高必须比23mm小。
由=d 即23=1.3，得出=17；
定=9.5mm，则=10.8mm；
n=15, =95.433mm
则弹簧弹力：
提高量
按照改进方案加工后的弹簧弹力达到105N，提高
注：本文只作压缩弹簧设计参考，针对不足和有误之处，敬请批评指正。（技术部：王光鑫）
2012年7月4日星期三
二、圆柱形螺旋扭簧设计计算
结构参数表2.1
名称 | 表示字母 | 单位 | 备注 |
材料直径（线径） | d | mm/inh | 弹簧钢丝直径 |
中径 | 内胎硫化机D | mm | |
外径 | | mm | |
内径 | | mm | |
节距/pitch | t | mm | |
绕旋比 | C | | |
初始角度 | | ° | |
工作角度 | | ° | i=1,2,3,… |
工作变形角度 | | ° | |
试验变形角度 | | ° | 允许承受最大扭转角 |
展开长度 | L | mm | 弹簧拉直的长度 |
扭臂长度 | | mm | |
弹簧刚度/弹性系数 | k | N/mm | 单位变形量的工作负荷 |
有效圈数 | n | | |
弯曲应力 | | MPa | |
许用弯曲应力 | | MPa | |
工作扭矩 | T | N*mm | |
弹性模量 | E | MPa | |
| | | |
电磁屏蔽罩
圆柱螺旋扭转弹簧的基本设计公式有：
其中：,,当扭矩旋向和弹簧旋向相同时，取。
由上式转换得弹簧线径d和有效圈数n公式：
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