彈簧設計的任務是要確定彈簧絲直徑d、工作圈數n以及其（qí）它幾（jǐ）何（hé）尺寸，使得能滿足強度（dù）約束、剛度（dù）約束及穩定性約束條件（jiàn），進一（yī）步地還要求相應的設（shè）計指標(如體積、重量（liàng）、振動穩定性等)達到最好。

具體設計步（bù）驟為（wéi）：先根據工作條件（jiàn）、要求等（děng），試選彈簧選材、彈簧指數C。由於sb與d有關，所以往（wǎng）往（wǎng）還要事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，如果所得結果與設計條件不符合（hé），以上過程要重複進行。直（zhí）到求得（dé）滿足所有約束（shù）條（tiáo）件的解即為（wéi）本（běn）問題的一個可（kě）行（háng）方案。實際問題中，可行方案是不唯一的（de），往往需要從多個可（kě）行（háng）方案中求得較優解。

例12-1設計一圓柱形螺旋壓縮彈簧，簧絲剖麵為圓形（xíng）。已知最小載荷Fmin=200N，最大載荷Fmax=500N，工作行程h=10mm，彈簧Ⅱ類（lèi）工作，要求（qiú）彈簧外徑不超過28mm，端部並緊磨平。

解：

試算(一（yī）)：

(1)選擇彈簧材料和許用應力。選（xuǎn）用C級碳素彈簧鋼（gāng）絲。

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

(2)計算彈簧絲直徑d

由式得K=1.21

由式得d≥4.1mm

由此可知，d=3.5mm的初算值不滿足強度約束條件（jiàn），應重新計算。

試算(二)：

(1)選擇彈簧（huáng）材料同上。為取得較大的I>d值（zhí），選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（huáng）絲直徑d

由式得K=1.29

由式得d≥3.7mm。

可知：I>d=4.4mm滿足強度約束條（tiáo）件。

(3)計算有效工作圈數n

由圖1確定變形（xíng）量λmax：λmax=16.7mm。

查表2，G=79000N/mm2，

由式得n=9.75

取n=10，考慮兩（liǎng）端各（gè）並緊一圈，則總圈數n1=n+2=12。至（zhì）此，得到了一個滿足強度與剛度約（yuē）束條件的可（kě）行方案，但考慮進一步（bù）減少彈簧外形尺寸與重量，再（zài）次進行試（shì）算。

試算(三)：

(1)仍選以上彈簧材料，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（zhí）徑。得d≥3.91mm。知d=4mm滿足強度條件。

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

由式得n=6.11

取n=6.5圈，仍參（cān）考兩端（duān）各並緊一圈，n1=n+2=8.5。

這一計算結果即滿足（zú）強度與剛度約束條件，從外形尺寸和重量來看，又（yòu）是一個較優的解，可將這個解初步確定下來，以下再計算其（qí）它尺寸並作穩定性校核。

(4)確定（dìng）變形量λmax、λmin、λlim和實際最（zuì）小（xiǎo）載荷Fmin

彈簧的極限載荷為：

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

由式得：

λmin=λmax－h=(17.77-10)mm=7.77mm

(5)求彈簧的節距p、自由高度H0、螺旋升角γ和簧絲（sī）展開（kāi）長度L

在Fmax作用下相鄰兩圈的間距δ≥0.1d=0.4mm，取δ=0.5mm，則無載荷作用下彈簧的節（jiē）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（de）規定範圍。

端（duān）麵並緊磨平的彈簧自由高（gāo）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（huáng）簧絲的展開（kāi）長（zhǎng）度

(6)穩定性計算

b=H0/D2=52/24=2.17

采用兩端固定支座，b=2.17<5.3，故（gù）不會失穩。

(7)繪製彈簧特性線和零件工作圖。