【航天工业行业标准(QJ)】 圆柱螺旋弹簧设计与计算

中华人民共和国航天工业部部标准QJ1651-89
圆柱螺旋弹簧
设计与计算
1989-01-16发布
1989-08-01实施
中华人民共和国航天工业部发布1主题内容和适用范围
2引用标准
3弹簧分类
4弹簧材料
5压缩弹赁的设计与计算
6拉伸弹簧的设计与计算
7扭转弹簧的设计与计算
附录A圆柱螺旋弹簧计算表（补充件）附录B弹簧计算举例（参考件）
附录C强压弹簧的设计计算（参考件）(1)
中华人民共和国航天工业部部标准圆柱螺旋弹簧设计与计算
主题内容和适用范阁
QJ1651--89
代警QJ/Z29-7
本标准规定了圆戴面金属丝冷绕的圆柱螺旋压缩、拉伸，扭转弹簧的材料、设计原则、计算公式和圆柱螺旋弹簧计算表。本标准适用于航天产品中弹贯的设计与计算，2
引用标准
GB4357
GB4358
GB5218
GB5220
GB3134
YB(T)11
QJ1787
碳素弹黄钢丝
琴钢丝
硅锰弹簧钢丝
阀门用铬钒弹簧钢丝
铍青铜丝
弹簧用不锈钢丝
不锈耐酸钢丝
圆柱螺旋弹簧通用技术条件
弹簧分类
弹贫按负荷性质和用途分一类：I类：受变负荷作用，其工作次数在10以上或重要用途的弹簧Ⅱ类：受变负荷作用，其工作次数一般在103~10之间或比较重要用途的弹簧Ⅲ类：受变负荷作用，其工作次数一般在10以下或一般用途的弹费。4弹簧材料
弹簧材料的性能
弹贫主要在动载荷作用下工作，因此要求弹贫材料具有如下的性能：a，具有高的抗拉强度极限、屏服极限、弹性极限和疲劳极限；b.具有高的冲击韧性和塑性；
航天工业部1989-01-16批准
1989-08-01实施
QJ1651-89
c，在高温，低温、腐蚀介质中工作的弹簧，除具有a，b条性能外，还应具有耐高温、低温和防离性能。
4.2弹簧常用的几种材料
弹簧设计时应优先选用表1中的材料。表1
碳素弹资钢丝
琴蜗丝
阀门用铬
钒弹簧锅丝
硅锰弹簧钢丝
弹簧用不
锈钢丝
不锈耐
数锅丝
高强度
不锈锅丝
铵膏铜丝
材料牌号
50CrVA
60Si2MnA
65Si2MnWA
1Cr18Ni9
A组、B组
1Cr18Ni9Ti
1Cr18Ni9Ti
标准号
GB4357
GB4358
GB5220
GB5218
YB(T)11
Q/LB16*
Q/LB44
GB3134
钢线直径
2.32.52.83.03.5
0.300.350.40
镀青铜丝
材料牌号
注：1)GB4357
2)Q/LB16
QJ1651-89
续表1
标准号
GB3134
钢丝直径
钢丝直径范围0.08~13.0mm，
除增加旁曲试验项目外，其它技术要求同YB2524.3材料强度特性
1.71.81.9
5.05.56.0
4.3.1材料强度特性见图1和表2（GB4357）、表3（GB4358）、表4、表5（YB(T）11)材料强度与直径的关系说明如下：4.3.2
图1中所示强度为每种钢丝的下限，在选用时可供参考；a.
b.钢丝1Cr18Ni9Ti（YB252）与QBe2的强度值实际上与直径有关.钢丝直径越小，强度值越高，是曲线关系；
c，50CrVA、60Si2MnA，65Si2MnWA的强度值与钢丝淬透性有关钢丝直径越大
痒透性越差，强度值越低。
钢丝直径
2059~2452（210~
2403（205~
2354（200~
2305（195~
2305（190
2256（185
2256（185
2256（185
2206（180
2158（175~
2108（170）
2059（165
2059（165
2010（160
1961(150
抗拉强度
N/mm（Kgf/mm）
2795（245~285）
2746（240~
2697（235
2648（230
2599（225
2550（220
2550（220
2550（220
2501（215
2452(210~
2403（205
2354（200
2354（200
2305（195
2256（190
260）
240）
240）
3183(280320)
3089（275~
3040（270）
2991(265~
2942（260
2893（255
2844（250
2795（245
2746（240
2697(235~
2648（230
2599（225
2599（225
2550（220
2501（215~
QJ1651-89
ICr18Ni9
IG-18Ni9Ti
Q/LB44
IGrIBN9Ti
G/2816
GB4357
QBe2(Y)
655i2MnWA
60S12MaA
G84357
GB4357
钢丝直径
1961（150~
1912（150~
1863（150~
1863（150
1814（145
1814（145
1814（145
1765（140
1716（135
1618（130
1520（120
1471（120
1471（120
1422（115
1422（115
1422（115）
1373（110
1373（110
1324（105
（100
1226（100
1177（95
1177（95
QJ1651-89
续表2
抗拉强度
190）
170）
130）
120）
1177(95~
1177(95~
（Kg//mm2）
2256（190~230）
2206（185
2158（180
2108（180
2059（175
2059（175
2059（175
2010(170
1961（165
1912（165
1863（160
1814（155
1765（150
1716（145
1716(145
1618（135
1618（135
1569（135
1520（130
1（125
1（125~
1422（120
1422（120
1324（115
1324（115
1275（110
1275（110~
1226（105~
195）
2501(215~255)
2452（210~
2403（205~
2403（205~
2354（200~
2305（195~
2256（195
2206（190~
2158（185
2108（180
2108(180
2059(175
2010(175
1961（170
1961（170）
1912（165
1863（160
1814（160
1765（155
1765（155
1716（150
1716（150
1667（145
1618（145
1569（140
1569（140
1520（135
1520（135）
1471（130~
1471（130~
1422（125~
钢丝直径
QJ1651-89
抗拉强度
3187(295~325)
3138(290~320)
3089(285~315)
3040（280~
2991（275
2942（270~
2893（265~
2844（265~
2795（260~
2746（255~
2697（250~
2648（245~
2648（245
2599（240~
2550（235
2550（235
2501（230
2452（225
2403（220~
2354（215）
2305(215
2256210~
2206（205~
2158（200~
2108（195~
2059（190~
2010（185
1961（180
1961（180）
1912(175~
1863（170~
1814（170
1765（165~
1716（160
(Kg/mm)
3481（325~
3432（320~
350）
3383(315~
3334（310~340）
3285（305~
3236（300~
3187（295~
3089（290
3040（285~
2991（280~
2942275~
2893(270~
2893（270~
2844（265~
2795（260~2
2795(260~
2746（255
2697（250~
2697(250~275)
2648（245~
2599（240~
2501（235~
2452（230）
2403（225~
2354（220~
2305（215~
2256（210~
2206（205
2158（200
2158（200
2108（195
2059（190
1951（185~
1912（180
1863（175
钢丝直径
钢丝直径
1.60~2.50
2.60~3.50
3.60~4.50
4.60~5.00
钢丝直径
QJ1651-89
续表3
抗拉强度
1667(155~170)
1471~1618(150~165）
1422~1569（145~160)
抗拉强度
1Cr18Ni9Ti
(Q/LB44）
1715 (175)
1715（175)
1617(165)
1568（160）
1519(155)
1470（150）
60Si2MnA
(Kgf/mm)
1667~1814(170~185)
1618~1765(165~180)
1569~1716（(160~170)
(Kg//mm)
65Si2MnWA
5OCrVA
(GB5220)
1Cr18Ni9Ti
（YB252）
N/mm（kgf/mm）
抗拉强度
A组1Cr18Ni9
1618~1863(165~190)
1569~1814(160~185)
1569~1814（160~
1471~1716(150~175)
1373~1618(140~165)
1324~1569(135~160)
1275~1520(130~155)
(GB3134)
满质前：o,784
测质后：o,1274
B组1Cr18Ni9
2403（220~245)
20592305(210~235)
2206（200~225）
1863~2108（190~215)
1765~2010(180~205)
1667~1912(170~195)
1569~1814(160~185)
钢丝直径
QJ1651-89
续表5
抗拉强度
A组ICr18Ni9
1177~1422(120~145)
1079~1324(110~135）
981~1226（100~125)
4.3.3材料的工作温度及其特点见表6N/mm2（kgf/mm）
B组1Cr18Ni9
1471~1716(150~175)
1373~1618(140~165)
1275~1520(130~150)
1373(115~140)
1128～
1226（100~
125）
883~1128(90~115)
材料牌号
50CrVA
60Si2MnA
65Si2MnWA
1Cr18Ni9
1Cr18Ni9Ti
工作温度
40~120
40~120
-40~210
-40250
40~250
40~300
材料性能
含读造高，冷塑性变形程度高，加工性能好，表面质量好，
适用下做小弹簧
优质冷拉高炭钢丝，强度高，韧性好强度高，韧性好，适合做高应力的小洋簧：率透性好，耐疲劳冲击能力强，表面脱谈与产生石器化倾向小
弹性极限，漫比、净透性和网火稳定性均较高，过热敏感性小，但脱碳锁向大强度商，弹性好，耐疲劳冲计性好，有脱嵌锁向，耐腐蚀，耐高温和低温，
适合做小弹黄，
耐魔蚀，耐高温和低温，适合数小弹簧耐瘾佳，防磁，导电性好，弹性好推荐硬度
压缩弹簧的设计、计算和验算
参数名称、符号及单位见表7
参数名称
钢丝直径
弹簧内径
弹簧中径
弹簧外径
自由高度
工作高度
工作极限负荷下的高度
压并高度
展开长度
有效围数
工作负荷
工作极限负荷
压并负荷
工作负荷变形量
工作极限负荷变形量
压并负变形量
工作切应力
工作极限切应力
压并切应力
允许工作切应力
抗拉强度极限
旋绕比
曲度系数
切变模盘
弹簧刚度
高径比（细长比）
弹黄自振频率
重力加速度
弹簧工作行程
螺能升鱼
QJ1651-89
5.2计算公式（见表8）
切应力
有效困数
压并高度
自由度
展开长度
QJ1651-89
H。-H
H=(n+1.5)dt)
H,=(n+2)d2)
H=F+h+0.1dn+Hja)
E,+h4)
H=Ha+-
L=nV（元D）2++2nD
（或L3.2D（n+2.5)5）
注：1）两端各有一圈支承圈，并且端头并紧，各端磨削到厚度为0.25d，2）两端各有一图支承圈，且端头并紧不磨平。3)0.1dn为经验数值，
4)0.8指弹簧工作负荷区，相应于弹簧产生80%的变形.5）式中2为支承圖数，
5.3设计参数选择原则
5.3.1工作极限切应力t，选择原则：a.弹簧工作极限切应力t应小于或等于允许工作切应力（[t)；(1)
.·(10)
b，在选择弹簧允许工作切应力时，首先应确定所要设计的弹贫属丁那一类对于I类弹簧：[t]，=0.4g5
对于Ⅱ类弹资：［t]。=0.5g”
对于Ⅲ类弹簧：[t]。=0.6g，