【机械行业标准(JB)】 液压件圆柱螺旋压缩弹簧 设计计算

中华人民共和国机械行业标准
液压件圆柱螺旋压缩弹簧
设计计算
1主题内容与适用范围
JB/T3338.2.-- 93
代1B3338~83
本标准规定了液压件用圆截面圆柱螺旋压缩弹簧（简称液压件弹簧）的设计计算本标准适用于材料直径不大于10mm、旋绕比般不小了3、有效圈数-般不小下2圈的等节距液压件弹簧的设计计算。
2引用标准
GB 2271
GB3123
GB 4357
GB4358
GB4361
GB 5218
阀门川油萍火-回火铬钒合金弹簧钢丝硅青铜线
碳素弹簧钢丝
琴钢丝
油淬火-回火硅锰合金弹簧钢丝
硅锰弹簧钢丝
GR 5219
铬钢弹簧钢丝
JB/T 3338.1
液压件圆柱螺旋压缩弹簧技术条件YB(T）1I弹簧用不锈钢丝
3弹簧的参数、代号及单位Www.bzxZ.net
弹簧的参数、代号及单位见JB/T3338.1表1。表
材料名称
碳素弹簧钢丝
(GB4357)
琴钢丝
（GB4358)
阀门用油泽火回火铬钒合金弹簧钢丝(GB2271)
铬钒弹簧钢丝
(GB 5219)
硅锰弹簧钢丝
(GB5219)
汕泽火间火硅锰合金弹簧钢丝
（GB4361)
组、类别
【切变模量G许用切应力
中华人民共和国机械工业部1993-05-07批准690
按图1选取
见材料标准
推荐使用场合
甲类弹簧选用C级、J级、2
组；乙、芮类弹簧选用C级、D）级、G1组
当有特殊要求时才选用
1994-01-01实施
材料名称
弹簧用不锈钢丝
[YR(T)11]
硅青铜线
（GB3123）
注：叫取下限值。
液压件弹簧的典型工况
JB/T3338.2—93
续表1
组、类别
切变模量G|许用切应力[]
液压件弹簧的典型工况见JB/T3338.1表2。表2
参数名称
曲度系数
弹簧中径
弹簧外径
弹簧内径
总圈数
弹簧刚度
压并负荷
压并变形量
压并高度
自由高度
工作高度
工作负荷
压并切应力
工作切应力
见材料标准
[r]=0. 450m
见材料标准
计算公式
4C-10.615
D,--n+d
推荐使用场合
当需要耐腐蚀或在高、低温条件下工作时选用
当需要有较高的耐腐蚀或在防
磁条件下工作时选用
此处n经圆整。建议尾数取0.25.0.5.0.75圈或整圈
Fr= Pb/P
Hb=(n-0. 5)d
H。-H+F
H(Hi.5-P2) -- H.-
P,(P1s,P2)
P(P.-P.)-[H.-H,(Hi.、H2)JP
(H。-H)P
甲类弹簧
乙、丙类弹簧
Ti(ti.5vt2
BKCP,(Pa.s、P.)
与设计要求有些变化
理论值
应作适当圆整。Ph会变化
己知P时的H
已知H时的 P
参数名称
最大压并高度
高径比
履开长度
弹簧重量
弹簧自振频率
外径增大量
5设计依据
弹簧工况(类、组)；
负荷性质；
最大工作负荷P2；
刚度P；
允许的安装空间；
工作环境；
寿命要求；
其他。
6设计计算公式
材料切应力的计算公式：
式中曲度系数K由下式计算：
JB/T3338.2--93
续表2
计算公式
H eunax == ndmax
于=3.56×10°%
l(t-d)(t 0. 2d)
K= 4C-1+ 0. 615
4C—4
必须要考核H时，用比值
α--螺旋角
p--材料密度
（1）
.·(2)
在用式（1)计算压并切应力th、试验切应力t、及甲类弹簧工作切应力时，曲度系数K值等于1，计算乙、丙类弹簧的工作切应力时，曲度系数K按式(2)计算。6.2弹簧变形量F的计算公式：
6.3弹簧刚度P'的计算公式：
6.4单圈弹簧刚度Pa的计算公式
P'u=nPr
（5）
7弹簧设计基本程序
JB/T 3338.293
7.1确定弹簧所属类、组
根据弹簧的使用场合及液压件弹簧典型工况分析，确定弹簧所属类、组。7.2确定弹簧的负荷性质，最大工作负荷1及刚度P°。7.2.1弹簧负荷性质的确定
a.甲类弹簧属H类；
b．乙、丙类弹簧属1类或Ⅱ类。7.2.2甲类弹簧的刚度P
甲类弹簧已知最大工作负荷P，及变形量F2，可按式(4)计算其刚度P\。7.2.3乙类弹簧的刚度P
乙类弹簧已知两点负荷PIP，及变形量AF，可按下式计算其刚度：P2-P
7.2.4内类弹簧的刚度及最大工作负荷P2丙类弹簧已知在负荷差△P下的变形量△F，可按下式计算其刚度Pi。a
其最大工作负荷P，由下式计算：AP
P2=(3. 5~4)AP
7.3材料、许用切应力及切变模量的选择材料、许用切应力[t及切变模垫G按表1选用。7.4压并切应力的选取
...... (8)
a．当T,=［t]时，设计最为合理，弹簧压至任意高度时均不产生永久变形：b．当（1～1.25)[]时.所设计的弹簧应进行强压处理后无永久变形，且其结构尺寸较小；c．当z≥1.25LtJ附，在图样上应规定试验高度H，和试验负荷P，该负荷决定于试验切应力.，应取z（11.25)[，该弹簧只要压缩高度大于试验高度就不会产生永久变形。7.5最大1作切应力2的选取
a．甲类弹簧因长时间在高应力、高温度下工作，其工作温度可达80℃，取T2≤(.6；b．乙、丙类弹簧要求工作寿命达10°次以上，取最大.工作切应力z2-（0.6～~0.7)zb。7.6压并高度H与最大压并高度Hbaux对两端并紧并磨平的弹簧，其理论压并高度H按下式计算：Hh=(n --0. 5)d
（9）
压并高度H的实际值与材料直径d、总圈数n偏差及端部的磨削量有关，一般均大于理论值，因此规定凡号核压并高度的弹簧应在图样上注明其值不大于Hbmx。其值由下式计算：Hbmax nidmax ..*...
7.7弹簧直径注法及装配间隙的确定液压件弹簧在液压件中应精确定位。（10）
安装在孔中的弹簧应标注外径，反之则标注内径。弹簧座柱与弹簧内径之间最小间隙不小于0.2mn。弹簧座孔与弹簧外径之间的间隙取决于弹簧压并时外径的增大量△D2取最小间隙为△D:。△D,按下式计算：
(t-d)(t-0. 2d)..
（11）
7.8基本参数的设计计算
7.8.1主要设计参数d、D和n的计算7.8.1.1用公式直接设计计算
JB/T3338.2—93
利用切应力及变形量计算公式(1）、（3)进行参数计算，但两个方程式不可能得到三个未知数（d、L）n)的定解，还应有其他的约束条件才能最后确定，通常是按安装空间情况来确定这三个主要参数，因此通常需进行多次反复试算。
7.8.1.2利用P曲线的设计计算
a：已知弹簧的最大工作负荷P，及刚度7\，按表1或附图A1确定选用材料及其许用切应力[t。但碳素弹簧钢丝、琴钢丝及油淬火阀门弹簧钢丝的许用切应力与材料直径α有关，这就应初选-·个材料直径α以确定许用切应力，待最后决定直径d后再修正许用切应力门b．按7.5条确定最大工作切应力t2。按下式计算Pk值：
.（12）
在附录A（补充件）的P曲线图上可找到或用插入法找到该P值的等值曲线，在这条曲线上对应着很多组材料直径d、旋绕比C,与单圈刚度P'。的组合，由旋绕比C可得弹簧中径D,由单圈刚度P\可得有效圈数n。材料直径d与旋绕比（的组合由小变大，弹簧外形变化的规律是由细长变为短粗，然后根据弹簧安装空间条件从中选取·组合适的参数，可减少反复计算。7.8.2确定弹簧自由高度1。
按下式计算压并负荷Pb：
按下式计算全变形量Fb：
按下式计算压并高度H（支承圈n以2圈计）：H -- (n+1. 5)d
H。-Fh+H
如白由高度过大，可取：
t (1 ~1. 25)[]
tz=(0. 6～0. 7)=(0.6～0.7)(1～1.25)[t)重新按7.8.1条计算弹簧的三个主要参数，H，可以缩小。7.8.3确认计算
在确定了主要参数及自由高度之后，进行最后的确认计算，根据需要可按表2进行。7.9弹簧的疲劳强度及稳定性校核在需要校核弹簧的疲劳强度、稳定性及共振时，按GB/T1239.6进行。7.10，立定处理
（13）
（14）
（15）
（16）
立定处理是将热处理后的弹簧，经数次短暂压缩以达到自由高度稳定为主要目的的一种工艺方法，般压并切应力为（0.8～1)倍的许用切应力[]时，制造厂均要采用立定处理，在工作图样上不必标注这·要求。
7.11强压处理的选用
强压处理是将弹簧压缩至使其材料表层应力超过弹性极限的状态下，保持一定时间以达到强化或694
JB/T3338.2-93
稳尺寸的一一种工艺方法。也可以用几十次短暂压缩代替长时间保压。因此强压处理的弹簧必定是服并切应力大于许用切应力]。
7.12喷丸处理的选用
喷丸处理可以适当提高承受1、1类负荷弹簧的疲劳寿命，当材料直径d小于1.8mm或间距）小于1.2mm的弹簧一般不进行喷丸。硅青铜线的弹簧不喷丸。7.13弹簧端部结构
弹簧端部结构采用两端面并紧并磨平，表面粗糙的要求为，支承圈数n，不得少于2圈·端面倒角可根据产品定位需要确定，并在图样上注明。7.14绘制弹簧工作图样
图样格式参照JB/T3338.1附录A（补充件）。附录
Pe曲线图
（补充件）
Ps曲线图是根据式(1)取切应力为1000N/mm2时P等于P及式(5)绘制的。此图横坐标为材料直径d，纵坐标为旋绕比（,图中粗实线的曲线为不同P值的P曲线族，粗虚线的曲线为不同单圈刚度P\a值的P\。曲线族。在坐标图平面上任意一点对应四个参数，即材料直径d、旋绕比C、P及单圈度Pi，代表了个单圈弹簧的几何尺寸及性能，只要已知其中两个参数就可以确定另两个参数。任何一个有效圈数为n的弹簧可以理解为n个相同单圈弹簧的串联，在某条等Pk值曲线上的任意一点对应的材料直径d与旋绕比C所构成的弹簧，当负荷P为该P时弹簧的切应力正好是1000N/mm2，而等P曲线上所对应的单圈刚度P\俏是不等的，随旋绕比C值的取大而变小，在要求弹簧的刚度P'一定时，则弹簧的有效圈数n也会由多变少。
利用此图可以帮助简化弹簧设计，也可对现有弹簧进行切应力及刚度的快速核验。695
JB/T 3338.2—93
B1调压弹簧
JB/T3338.2--93
附录B
液压件弹簧设计计算举例
（参考件）
设计溢流阀三个压力级的先导阀调压弹簧。工况负荷如图B1所示，导阀阀芯为锥形，弹簧安装在弹簧座上的柱径D，为5.6mm，安装空间高度H为34mm，注脚A、B、C分别代表三个级别的调压弹簧。Pee=453N
Pa=250N
PA=129N
P*=21.5N/mm
Pg=45.5N/mm
P:=141.6N/mm
从JB/T3338.1典型工况分类可知该弹簧属甲类I组，负荷性质属I类，取弹簧内径D，为6±0.2mm，自由高度H。应为33.5±0.5mm。B1.1材料选择及其许用切应力[
根据负荷性质选用GB4357碳素弹簧钢丝D级，该材料的许用切应力Lr]与材料直径有关，根据已知负荷条件估计材料直径大约在2～3mm之间，暂取许用切应力［+］为850N/mm。B1.2工作切应力2的选取及Pk值的确定取 t2=0.6[-] 510N/mm2
则PhA
X1000-253N
P2×1000=490N
X1 000-888N
B1.3弹簧主要参数的选择及初步计算弹簧内径D,为6士0.2mm，则：C
可在Pk曲线图上作等内径条件的曲线，与Pka、Pku、Pkc值的等值曲线有个交点，该交点不可能正好在材料系列直径上，可沿等内径曲线向右取最近一个材料的系列直径值。取到如表B1所列数据，并进行初步计算。
(H。)
D=D,td
P\g=Gd/8c3
经圆整
pt=P'a/n
H, -(ni—0. 5)d
Pr-gCKT
Fb= Pr/p
(H,)=H,+Fb
设计取值
JB/T 3338.2-93
查曲线图确定
查P曲线图或按公式计算
取G-78400N/mm2
计算值
确认值
设计联值
取= 2
查图1得
取t［]K—i时的计算值
计算值
弹C增加节距，
取AHH。-(H)。=4. 9
取 H,=H+AH27. 3
初步计算结果可以看到弹簧C应增加自由高度，因此应规定试验高度H.值，并应在工作图样上注明“不允许压过27.3mm”。
B1.4最后的确认计算及绘图
按表2进行确认计算，结果填在工作图样表格中，并绘制如图B2、图B3、图B4所示图样，由于C级弹簧是加大了节距，在图样上必须标出H.、P。值。698
(H=245N)
JB/T3338.2:-93
B=129±12.9N
H,-33,5 ±0. 5
技术要求
1.旋向：右旋、
2.有效圈数：n=10.5圈。
3.总圈数：n1=12.5圈。
4.两端圈并紧并磨平，磨面不少于270°5.两端面内、外倒角0.3×45°，去毛刺。6.垂直度公差：0.6mm。
7.表面防蚀处理。
8.其余按JB/T3338.193规定。
甲类1组弹簧工况设计计算数据
标题栏
Hb :--24 -2
Pb =407. 3)
IB/T 3338.2-..93
P,=250±25.0N
技术要求
1.旋向：有旋，
2.有效阅数-9.5圈。
3.总数：m11.5图。
4.两端闷并紧并磨平，磨面不少于270°。5.两端面内、外倒角0.3×45去毛刺。6.垂直度公差：0.4mm。
7.表而防蚀处理
8.其余按J13/T3338.193规定。
甲类1组弹簧工况设计计算数据
标题栏
(Pb =151ON）
(P,=848.4N)
JB/T3338.2-93
共余V
甲类1组弹簧1况设计计算数据
P=453 ±45.3N
H, = 27 .5
Ho-33.5±0.
技术要求
1.旋向：右旋。
2.有效图数n6.5圈。
3.总谢数叫=8.5圈。
4.两端图并紧并磨平，磨面不少于270°。5.两端面内、外倒角0.3×45°，去毛刺。6.垂直度公差：0.3mm。
7.表面防蚀处理
8.弹簧不得压过27.3mm。
9.其余按JB/T3338.193规定。
784009
标题栏
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。