| 弹簧设计的任务是要确定弹簧丝直径d、工作圈数n以及其它几何尺寸，使得能满足强度约束、刚度约束及稳定性约束条件，进一步地还要求相应的设计指标(如体积、重量、振动稳定性等)达到最好。
具体设计步骤为：先根据工作条件、要求等，试选弹簧材料、弹簧指数C。由于sb与d有关，所以往往还要事先假定弹簧丝的直径d。接下来计算d、n的值及相应的其它几何尺寸，如果所得结果与设计条件不符合，以上过程要重复进行。直到求得满足所有约束条件的解即为本问题的一个可行方案。实际问题中，可行方案是不唯一的，往往需要从多个可行方案中求得较优解。 解： 试算(一)： (1)选择弹簧材料和许用应力。 选用C级碳素弹簧钢丝。 根据外径要求，初选C=7，由C=D2/d=(D-d)/d得d=3.5mm，由表1查得sb=1570MPa，由表2知：[t]=0.41sb=644MPa。 (2) 计算弹簧丝直径d 由式 得K=1.21 由式 得d≥4.1mm 由此可知，d=3.5mm的初算值不满足强度约束条件，应重新计算。 试算(二)： (1) 选择弹簧材料同上。为取得较大的I>d值，选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) 计算弹簧丝直径d 由式 得K=1.29 由式 得d≥3.7mm。 可知：I>d=4.4mm满足强度约束条件。 (3) 计算有效工作圈数n 由图1确定变形量λmax：λmax=16.7mm。 查表2，G=79000N/mm2， 由式 得n=9.75 取n=10，考虑两端各并紧一圈， 则总圈数n1=n+2=12。至此，得到了一个满足强度与刚度约束条件的可行方案，但考虑进一步减少弹簧外形尺寸与重量，再次进行试算。 |