彈簧設（shè）計的（de）任務是要確（què）定彈簧絲直徑d、工作圈數n以及其它幾何尺（chǐ）寸（cùn），使得能滿足強度約束、剛度約束及穩定性約（yuē）束條件（jiàn），進一（yī）步地還（hái）要求相應的設計指標(如體（tǐ）積、重量、振（zhèn）動穩定性（xìng）等)達到最好。

具體設計步（bù）驟為：先根據工作條件（jiàn）、要求等，試選（xuǎn）彈簧選材、彈簧指數C。由於sb與d有關，所以往往還要事（shì）先假定彈簧絲的直徑d。接下來計算d、n的值及相應的其它幾何尺寸（cùn），如（rú）果所得結果與設計條件不符合，以上過（guò）程（chéng）要重複進行。直到求得滿足所有約束條件的解即為本問題（tí）的一個可行方案。實際問題中，可行（háng）方案是不唯一的，往往需要從多個可行方案中求得較優解。

例12-1設計（jì）一圓柱形螺旋壓縮彈簧，簧絲剖麵為圓形。已知最（zuì）小載荷Fmin=200N，最大載荷Fmax=500N，工（gōng）作行程h=10mm，彈簧（huáng）Ⅱ類工作，要求彈簧外徑不超過28mm，端部並緊磨平。

解：

試算(一)：

(1)選擇彈簧材料和許用應力。選用（yòng）C級碳素彈簧鋼絲。

根（gēn）據外徑要求，初選C=7，由C=D2/d=(D-d)/d得d=3.5mm，由表1查得sb=1570MPa，由表2知（zhī）：[t]=0.41sb=644MPa。

(2)計算彈簧絲直徑d

由式得K=1.21

由（yóu）式得d≥4.1mm

由此可知，d=3.5mm的初（chū）算值不滿足強度約束條件，應重新計算。

試算(二)：

(1)選擇彈簧材料同上。為取得較大的I>d值，選（xuǎn）C=5.3。

仍由C=(D-d)/d，得d=4.4mm。

查表1得sb=1520MPa，由表2知[t]=0.41sb=623MPa。

(2)計算彈簧絲直徑d

由式得K=1.29

由式（shì）得d≥3.7mm。

可知：I>d=4.4mm滿足強度約（yuē）束條件。

(3)計算（suàn）有效工作圈數n

由圖1確定變形量λmax：λmax=16.7mm。

查（chá）表2，G=79000N/mm2，

由式得n=9.75

取n=10，考慮兩端各並緊一圈，則總圈數n1=n+2=12。至此，得到了一個滿足強（qiáng）度與剛度約束條件的可行方（fāng）案，但考慮（lǜ）進一步減少彈（dàn）簧外形（xíng）尺寸與重量，再（zài）次進行（háng）試算。

試算(三)：

(1)仍選以上彈（dàn）簧材料，取C=6，求得K=1.253，d=4mm，查表1，得sb=1520MPa，[t]=0.41sb=623MPa。

(2)計算彈簧絲直徑。得d≥3.91mm。知d=4mm滿足強度條件（jiàn）。

(3)計算有效工作圈數n。由試算（suàn）(二)知，λmax=16.7mm，G=79000N/mm2

由（yóu）式得n=6.11

取n=6.5圈，仍參考（kǎo）兩端各並（bìng）緊一圈，n1=n+2=8.5。

這一計算（suàn）結果即滿足強度與（yǔ）剛度約束條件，從外形尺寸和（hé）重量來看，又是（shì）一個較優的解，可將這個解初步確定下來，以下再（zài）計（jì）算其它尺寸並作穩定性校核。

(4)確定變形量λmax、λmin、λlim和實際（jì）最小載荷Fmin

彈簧的極限載荷為（wéi）：

因為工作圈數由6.11改為6.5，故彈簧的變形量和最（zuì）小載荷也相應有所變化。

由式得（dé）：

λmin=λmax－h=(17.77-10)mm=7.77mm

(5)求彈簧的節距p、自由高度H0、螺（luó）旋（xuán）升角γ和簧絲展開長度L

在Fmax作用下相鄰兩圈的間距（jù）δ≥0.1d=0.4mm，取δ=0.5mm，則無載荷作用下彈簧的節距為

p=d+λmax/n+δ1=(4+17.77/6.5+0.5)mm=7.23mm

p基本符合在(1/2～1/3)D2的規定範圍。

端麵並緊磨平的彈（dàn）簧自由高度為

取標準值H0=52mm。

無載荷作用下彈簧的螺旋升角為

基本滿足γ=5°～9°的範圍。

彈簧簧絲的展開長度

(6)穩定性計算

b=H0/D2=52/24=2.17

采用兩（liǎng）端（duān）固定支座，b=2.17<5.3，故不會失穩。

(7)繪製彈簧特（tè）性線和零件（jiàn）工（gōng）作圖。