螺旋弹簧就是利用钢丝以一定斜角的螺旋线绕制而成的弹簧。认识螺旋弹簧必须了解下述基本知识。

1.分类

①按负荷性质，螺旋弹簧分为压缩螺旋弹簧（Y）、拉伸螺旋弹簧（L）和扭转螺旋弹簧（N），汽车悬架一般采用压缩螺旋弹簧。

图3-60 压缩圆柱簧

②按工作特点，螺旋弹簧分为动负荷簧、静负荷簧和非重要簧三类。

③按制造精度，螺旋弹簧分为一级精度簧、二级精度簧和三级精度簧。

④按结构形式，螺旋弹簧还可分为普通圆柱螺旋弹簧和变参数螺旋弹簧两种。

2.名词术语

①丝径d，就是钢丝的直径，如图3-60所示。

②圈径D₂，就是簧圈直径，也叫簧圈中径。

③节距t，就是相邻簧圈之间的距离。

④螺旋角α，就是螺旋线的上升角度。

螺旋角的正切为

一般压缩螺旋弹簧的螺旋角α=6°～9°，因此，其金属丝的展开长度为

式中 n₁——弹簧总圈数。

⑤弹簧指数C′是圈径与丝径之比，即

在实用上，4≤C′≤25，C′值太小了钢丝变形过大，影响寿命，特别是动负荷簧；C′值过大，弹簧会因本身的重量颤动而发生摇摆，同时卷绕后易于松开，直径难以掌握，故常用C′=4～9。

弹簧指数C′一般按表3-43选取。

表3-43 弹簧指数C′与丝径d的关系

在进行弹簧应力计算时，还须按金属丝的弯曲程度，用曲度系数k来修正。

对于压拉弹簧，有

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对于扭转弹簧，有

⑥工作圈数和支承圈。工作圈数n是实际参加轴线方向伸缩工作的圈数，又称为“有效圈数”。

选择压缩弹簧工作圈数的要点是：必须考虑安装地位的限制和稳定性，圈数不要太多，同时也要考虑受力均匀和能耐冲击疲劳，因此圈数也不能太少。

在一般情况下，压缩弹簧工作圈数的选择是：在不重要的静负荷下，圈；经常受负荷或要求受力均匀时，n≥4圈；安全阀弹簧对受力均匀要求严格，故需圈；受动负荷的弹簧，也要求圈。圈的弹簧，两端支承圈数要适当加多，但每端不得超过圈，因此总圈数n₁=n+（1.5～2.5）。

支承圈用来保证压缩弹簧在工作时，轴线垂直于端面，它不参与弹簧工作。因此，压缩弹簧两端至少要留一个3/4的拼紧圈，并磨平作为支承面。磨平后的钢丝原厚度为d/4，尾部和工作圈紧贴。

⑦刚度与弹簧指数和圈数的关系。压拉弹簧的刚度是指单位变形所需要的负荷，扭转弹簧的“扭转刚度”是指单位转角的力矩。刚度越大，弹簧越硬。

丝径d越粗，材料的G或E越大，弹簧刚度就越大；中径D₂越大，工作圈数n越多，弹簧刚度就越小。

丝径越粗，弹簧越有劲，可是如果两根弹簧的d和n都相等，那么中径大者，刚度反而小；如果中径和自由长度相同，而n不等时，圈数多的弹簧，刚度反而变小。

同等丝径d的两根弹簧，展开长度大者越软。因此，当丝径d一定时，弹簧指数越大，即中径越大，弹簧越软；同样圈数越多，弹簧也越软。

⑧单圈变形量f。在负荷F的作用下，弹簧一圈的变形量，叫做“单圈变形量”，如果已知单圈变形量就可立即求出总变形量。单圈变形量用处很大，它是比较计算的基础。

⑨抗拉极限强度σ_b。抗拉极限强度是将金属棒拉断时的强度。它和丝径d有关，d越小，σ_b值越大。

⑩允许弯曲工作应力[σ]。允许弯曲工作应力[σ]是材料受弯曲时所产生的弯曲应力，它在允许的范围内具有一定的安全因数。扭转弹簧的受力，主要是弯曲应力，所以应计算[σ]值，而不是计算[τ]值。

⑪允许扭转极限应力τ和允许扭转工作应力[τ]。压拉弹簧在工作时，所产生的应力主要是扭转应力，在极限负荷F₃的作用下，所产生的应力叫做“允许扭转极限应力”，以τ表示。例如，压缩弹簧压到各圈接触（压并载荷）时，虽不会断裂，但时间太长可能会引起永久变形。所以，一般只在最大工作负荷F₂下工作，此时所产生的应力叫做“允许扭转工作应力”，以[τ]来表示。

3.弹簧工作图

弹簧工作图是弹簧工作规律的反映，所以又叫弹簧特性图。当弹簧计算工作结束后，必须绘制工作图，并注明技术要求。圆柱压缩螺旋弹簧特性图如图3-61所示。

图3-61 圆柱压缩螺旋弹簧特性

图3-61所示是一根自由状态下的压缩螺旋弹簧，上面的小三角形是其负荷-变形特性。纵轴代表负荷F，横轴代表变形f，斜边表示负荷-变形关系。其意义如下：

①弹簧在自由状态时，压力F=0，变形量f=0，弹簧高度是H，叫做自由高度。

②当弹簧受到最小工作负荷F₁（一般为悬挂质量负荷）时，就缩短了一段距离，即变形量f₁，这时相应的弹簧长度是H₁。

③继续施加压力到最大工作负荷F₂，变形量也继续增大为f₂，对应弹簧长度变为H₂。弹簧一般是在F₁和F₂之间工作。

④弹簧的强度不是受力到F₂为止，而是还要增大25%的压力，该压力叫做允许极限负荷，用F₃来表示，即F₃=1.25F₂，这时相应的弹簧长度是H₃。允许极限负荷的意义是在这负荷下，弹簧所生之内应力已达到了允许扭转极限应力τ，如果长时间超过这个限度，弹簧就将发生永久变形。

F₃可以作为试验负荷，如果簧圈的节距不大，即螺旋角小于9°时，可以压到各圈接触；如果节距太大，压到各圈接触时，就产生永久变形。因此，压缩弹簧在最大工作负荷时，最好不要压到各圈接触，而应保留一定的间隙。

一般的压缩弹簧，当它的自由高度不受限制时，应将极限负荷F₃作为簧圈接触压力，这时候在F₃作用下的单圈变形量等于间距，即f₃=δ。

弹簧工作图的技术要求：弹簧材料，展开长度，旋向，工作圈数，总圈数，热处理，表面处理以及制造、试验和验收的技术条件等。