V形彈簧的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則

本文介紹了模具強(qiáng)力彈簧的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則，從理論上對(duì)異形鋼絲模具彈簧與圓鋼絲彈簧的應(yīng)力、剛度、變形進(jìn)行了分析。簡述了V形彈簧模具強(qiáng)力彈簧的設(shè)計(jì)方法，指出了影響模具強(qiáng)力彈簧發(fā)展的主要問題。

近年來隨著模具工業(yè)發(fā)展，模具彈簧尤其是V形彈簧異形截面鋼絲模具彈簧的應(yīng)用數(shù)量和品種日益增大。異形截面模具彈簧具有剛度大、壽命長、體積小等特點(diǎn)。但其設(shè)計(jì)理論發(fā)展比較遲緩。目前，除正方形截面強(qiáng)力彈簧的設(shè)計(jì)方法比較成熟外，其它截面強(qiáng)力彈簧的設(shè)計(jì)方法，基本是根據(jù)具體截面通過試驗(yàn)，找出修正系V形彈簧數(shù)得出具體截面的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)公式，現(xiàn)對(duì)該類彈簧特點(diǎn)和設(shè)計(jì)問題作一簡介。

這個(gè)問題，是使用這種彈簧者很關(guān)心也必須搞清楚的問題。下面以正方形截面與圓截面螺旋彈簧作一比較。

在相同空間內(nèi)，正方形截面鋼絲彈簧承載能力V形彈簧比圓截面簧要高43—48%。顯而易見，矩形簧要大于50%以上。

從使用應(yīng)力過大是彈簧破壞的主要原因分析，在V形彈簧相同條件下，異形截面鋼絲彈簧比圓截面鋼絲彈簧的壽命要提高13—14%。

異形截面鋼絲彈簧能產(chǎn)生大的變形量。

異形鋼絲彈簧的重量大。

線性度比圓截面彈簧好，即剛度更趨于常數(shù)值。特別V形彈簧是長邊平行于軸線繞制的彈簧。

應(yīng)用范圍受到一定的限制：從分析可見，異形截面V形彈簧材料彈簧如不能充分應(yīng)用其優(yōu)點(diǎn)，便不會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，什么情況下使用好呢？

（1） 用圓截面材料達(dá)不到設(shè)計(jì)載荷。
（2） 取代圓截面復(fù)合彈簧。
（3） 用圓材料彈簧達(dá)不到所需要變形量的時(shí)候。
（4） 彈簧安裝空間小的地方。
（5） 要求彈簧特性嚴(yán)格的地方。

二、模具彈簧設(shè)計(jì)原則

1．彈簧材料許用應(yīng)力[τ]的選擇，應(yīng)以保證彈簧V形彈簧疲勞壽命為主進(jìn)行考慮。彈簧的動(dòng)態(tài)壽命，一般分為三類：

Ⅰ類：承受交變載荷次數(shù)為106；
Ⅱ類：承受交變載荷次數(shù)為10³—105；
Ⅲ類：承受交變載荷次數(shù)小于10³；

2．材料寬厚比（a/b）不宜過大，而彈簧V形彈簧的旋繞不宜過小。

3．設(shè)計(jì)非矩形的異形截面彈簧時(shí)，一定要推導(dǎo)和繪制在不同旋轉(zhuǎn)比、不同寬厚比與變形修正系數(shù)（τ）和切應(yīng)力修正系數(shù)（β）的曲線V形彈簧或計(jì)算公式。

4．要根據(jù)給定條件和限制條件，選擇計(jì)算簡便和參數(shù)選擇合理的設(shè)計(jì)方法。

三 尚存問題

1．模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化程度低，限制了標(biāo)準(zhǔn)化模V形彈簧具彈簧的發(fā)展速度。

2．模具彈簧標(biāo)準(zhǔn)化程度低，目前除我所為汽車工業(yè)制定的QC7111—7113標(biāo)準(zhǔn)外在國內(nèi)尚無正式使用的國標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，模具設(shè)計(jì)人員無標(biāo)準(zhǔn)可選是急待解決的問題。

3．設(shè)計(jì)理論不完善，目前比較成熟的是矩形截V形彈簧面螺旋彈簧，但對(duì)其公差選用尚無定論。其異形截面螺旋彈簧均以矩形截面為基礎(chǔ)，經(jīng)試驗(yàn)加以修正。

4．沒有異形截面材料生產(chǎn)的定點(diǎn)廠，特別是沒V形彈簧有此類材料的油淬火回火鋼絲供應(yīng)廠家。而由彈簧制造廠自己改制的材料，質(zhì)量不穩(wěn)定，造價(jià)高，影響此類彈簧的推廣應(yīng)用。

5．沒有生產(chǎn)此類彈簧的專用卷簧設(shè)備。模具用V形彈簧螺旋彈簧旋繞比一般都小于4，而國內(nèi)卷簧機(jī)適用繞制旋繞比在4以上的彈簧。