平面涡卷弹簧设计计算

一般机械用平面涡卷弹簧的设计计算,可根据JB/T 7366－1994标准进行，但是在实际设计过程中，对于弹簧的使用要求有很强的针对性，如：在工作行程Φ范围内，要求工作力矩T1、T2在一个合理范围，标准并没有明确规定设计流程，这给设计者带来一定程度的迷茫，如何根据实际要求进行正确合理的涡卷弹簧的设计，是大家关心的，看完此文，至少会对您有所启发。此处要强调的是，对于任何高要求的精密弹簧（力矩位移特性精确度高的）设计，都要进行试验测定修正，仅通过计算会存在一定的误差。

1. 涡卷弹簧的基本计算公式

涡卷弹簧的类型

平面涡卷弹簧按其簧圈接触与非接触，分为两类：非接触型平面涡卷弹簧（A 型）和接触型平面涡卷弹簧（B 型），非接触型平面涡卷弹簧，常用来产生反作用转矩，如电机电刷的压紧弹簧。接触型平面涡卷弹簧，常用作储存能量，如各种原动机构。

2. 非接触型平面涡卷弹簧（A 型）

图（1）非接触型涡卷弹簧力学特性

非接触型涡卷弹簧特性呈线性，如图（1），在实际应用中，通常是指定工作力矩T1、T2和工作行程△n，设计一个满足这些要求的弹簧，即输出：弹簧片的截面尺寸（高度h，宽度b）、弹簧片的长度l、弹簧成形尺寸（R1、R2、t、自由态圈数n0）.有时为了满足力学特性的同时，根据几何尺寸要求，可能要反复进行几次才能获得满意结果。

3. 接触型平面涡卷弹簧（B 型）

接触型涡卷弹簧特性如图（2），在实际应用中，也可通过指定工作力矩T1、T2和工作行程△n，设计一个满足这些要求的弹簧，即输出：弹簧片的截面尺寸（高度h，宽度b）、弹簧片的长度l、弹簧成形尺寸（自由态圈数n0、外径D0）、蜗壳直径D2.为了满足力学特性的同时，根据几何尺寸要求，可反复进行几次获得满意结果。

图（2）接触型涡卷弹簧力学特性

几点说明：

1）接触型涡卷弹簧，由于簧片间存在摩擦力，它在同一个变形点上输入和输出的扭矩存在一个差值ΔT，输出力矩特性线见图（2）下方实线。设计计算按图中红线进行。

2）蜗壳直径D2有取值范围，小到不能压缩Δn空间，大到自由态直径D0，否则实际弹簧力学特性将与设计的不符，弹簧不能正常工作。

3）接触型涡卷弹簧的自由态的理解，从自由态到完全缠紧于轴上，其扭矩T和弹簧圈数n成线性关系，因此理论上，力学特性与蜗壳没有关系，自由状态下，理论上簧片间仍然是要求接触且其片间接触力为零，自由态圈数n0和外径D0是根据簧片长度l计算确定。否则，实际弹簧的力学特性也会造成与设计特性不符。图（3）表示了蜗壳直径D2=自由态外径D0时的力学特性曲线。

4）蜗壳内起始T0不一定要等于工作力矩T1，实际应用也没有必要这样规定，只要力学特性正确，留出足够的工作空间( >Δn)即可。

有了这些认识，可以确定接触型涡卷弹簧设计流程如下。