弹簧设计资料.pdf

1 佳能五金制品厂 CHIANENG METAL MFY., LTD 弹簧设计讲座弹簧设计讲座 讲师讲师 刘理彬刘理彬 20022002年年1010月月 2 弹簧设计讲座大纲 一、佳能公司简介。 二、弹簧使用之材料及用途A、SUS;B、SWC；C、SWPAB；D、其它； 三、弹簧的设计资料及实例解析 A、压簧设计资料（JIS B 2704） B、拉簧设计资料（JIS B 2707、2708） C、扭簧设计资料（JIS B 2709） 四、弹簧的JIS B公差标准 A、压簧B、拉簧 五、弹簧设计的应考量事项及界限值 A、镀金、银B、镀铬 E、镀锌F、染黑 六、三视图与一视图的位置关系及测量系统解析 C、扭簧 C、镀镍D、镀锡 3 一、佳能公司简介 企业形态台商独资 企业代表廖信华 资本金6250万港币 台设厂时间1973年11月 中国大陆设厂时间1994年元月 从业人员400人日本人二名,台籍七名 主要产品精密弹簧、精密轴 生产能力弹簧140，000，000PCS、轴13，000，000PCS 材料来源日本、韩国、台湾 设备数量弹簧137台，轴120台；设备产地日本、德国、台湾 加工范围弹簧线径Φ0.08mm～Φ4.0mm 轴外径Φ1.0mm～Φ42mm 4 一、佳能公司简介 客户比例日系66、台系26、其它8 主要客户柯尼卡（Konica 理光Ricoh）佳能（Canon 爱华（Aiwa 索尼（Sony 东芝（Toshiba 摩托罗拉（Motorola）三洋（Sanyo） 尼康（Nikon） 注于98年元月通过ISO9002认证，计划于2003年六月前完成ISO9002 （94版与2000版）换证工作，以及QS9000认证。 5 二、弹簧使用之材料及其用途 项 目 名 称 JIS 代 码 概略组成主要用途及特点 单价 级别 JIS 标 准 回火温度 热后颜色 项 目 名 称 JIS 代 码 概略组成主要用途及特点 单价 级别 JIS 标 准 回火温度 热后颜色 SUS302 和WPB 经过冷加工可得高强度，铁路车 辆、输送机螺丝、螺帽、弹簧等， 耐热、耐蚀。 SUS304 和WPB 广为使用于不锈钢、耐热钢， 又用于食品设备，一般仪学设备， 原子力，耐热耐蚀。 2 2 碳 钢 线 SWC SWB C碳、Si硅、 Mn锰、P磷 、S硫 硬拉钢线，用于耐蚀性差，要 求精度不高，钢性较脆，成形后要 表面处理或加防锈油。 低 JISG35 21 200400 之间（视 线径之大 小） 淡茶色、 茶色、青 色、淡蓝 色、褐色 3 3 琴 钢 线 SWPA SWPB C碳、Si硅、 Mn锰、P磷 、S硫、Cu铜 耐疲劳性佳，要求精度高。一 般用于电池弹簧、开关弹簧等、钢 性柔韧，成形后要表面处理或加防 锈油。 高 JISG35 22 200400 之间（视 线径之大 小） 同SWPA 、SWPB 米灰色亮 白色 300480 之间（视 线径之大 小） JISG43 14 中 C碳、Si硅、 Mn锰、P磷 、S硫、Ni镍 、Cr铬、 Mo钼 1 1 不 锈 钢 线 6 二、弹簧使用之材料及其用途 项 目 名 称 JIS 代 码 概略组成主要用途及特点 单价 级别 JIS 标 准 回火温度 热后颜色 4 项 目 名 称 JIS 代 码 概略组成主要用途及特点 单价 级别 JIS 标 准 回火温度 热后颜色 4 铍 铜 线 C1720 W Be铍、 Mn锰 、Ni镍、 P磷[Cu铜Sn 锡P磷]Ni镍 Co钴 耐蚀性佳，于时效硬化处理 前，富于展性时效硬化处理后，增 加耐疲劳性，导电性时效硬化处理 应加工后，可制螺丝弹簧电刷，通 讯器具（表面镀银、金）。 特高 JISH32 70 150200黄色 5 5 磷 青 铜 C5191 W Sn锡、Zn锌、 P磷 耐疲劳性，耐蚀性、耐磨耗性 佳，可制螺丝弹簧、扭簧、扣钮、 扎电机、通讯市场适用（镀金、 银）。 较高 JISH32 70 150200黄色 6 6 其 它 常需特别制做，造价昂贵。 如油回火线、白铜线及其它线材，不常用，适用于航天科技。 镀镍线等同SWCNi。 7 三、弹簧设计资料三、弹簧设计资料 记 号 单位 记 号 名称 单位 记 号 名称 单位 记 号 单位 记 号 名称 单位 记 号 名称 单位 dmmk弹簧定数kgf/mm a1 腕长作动点mm Dmmτ应力修正kgf/mm a2 腕长固定点mm Naδ变量mmE弹性系数kgf/mm LmmPi初张力kgfSUS 19,000kgf/mm MmmK 应力修正系 数 -SWP 21,000kgf/mm密着长 名称名称 材料直径 弹簧平均径 有效圈数 自由长 8 三、弹簧设计资料三、弹簧设计资料 记 号 单位 记 号 名称 单位 记 号 名称 单位 记 号 单位 记 号 名称 单位 记 号 名称 单位 G kgf/mm 2 e 弹簧指数 D/d -kTd弹簧定数 kgfmm/de g SUS7000 kgf/mm 2 L 0自由长mmσ弯曲应力kgf/mm SWPA、 B a自由角P点作动点- SUWCφd 使用的角变 量 P0 点 固定点- PkgfR 荷 重作用半 径 mmkb 弯曲修正系 数 - 横弹性系数 弹簧荷重 kgf/mm 2 8000 名称名称 9 三、弹簧设计资料三、弹簧设计资料 Gd4 8D3Na 8DP πd3 K 弹簧定数K 压缩弹簧 弯曲应力τ 荷重P K δ K 4C-1 4C-4 0.615 C 无研磨 （安全确认） 安全角（间隔角） 14 度以下 弹簧指数413 扭转应力容许限界以下 第1荷重（A）0.8L以下 第2荷重（B）1.2M以上 研磨 10 三、弹簧设计资料三、弹簧设计资料 P kδ Pi Pi πd4G 800D2 荷重 引张弹簧 初张力 Gd4 8D3Na K 8DP πd3 弹簧定数 τ L0 dN12.2D-d k弯曲应力 自由长 （安全确认） 扭转应力容许限界以下 弯曲应力容许限界以下 初张力的减少（最大引张时） 11 三、弹簧设计资料三、弹簧设计资料 臂长度的场合 弹簧定数不清 荷重 弯曲应力 安全确认 弯曲应力 容许限界以下 kTd Ed4 3667DN389a1a2 P R kTdφd σ Edφd 360DN σ 32PR πd3 kb kb 4C2 –C-1 4CC-1 扭力弹簧 12 日本JIS B 27042709摘要 弹簧特性的许容差 表3-7冷间成形压缩线圈弹簧的寸法及弹簧的特性许容差。 项目许容差或范围 （a）有指定的弹簧特性时要做为参考值. （b）没指定弹簧特性时要参考次表. 自由高度 等级1 级2 级3 级 4以上 8以下 1.0 最小0.2mm 2.0 最小0.5mm 3.0 最小0.7mm 8以上15以下 1.5 最小0.5mm 3.0 最小0.7mm 4.0 最小0.8mm 15以上 22以下 2.0 最小0.6mm 4.0 最小0.8mm 6.0 最小1.0mm D/d 13 日本JIS B 27042709摘要 线圈直径是内径或外径的选那一方规定,其数值是按照如下表 线圈直径 D/d 1 级2 级3 级 4以上8以下 1.0 最小0.15mm 1.5 最小0.20mm 2.5 最小0.40mm 8以上15以下 1.5 最小0.20mm 2.0 最小0.30mm 3.0 最小0.50mm 15以上 22以下 2.0 最小0.30mm 3.0 最小0.50mm 4.0 最小0.70mm 等级 14 日本JIS B 27042709摘要 a） 总卷数a 有指定的弹簧特性时要做为参考值. （b）没指定弹簧特性时要参考次表20T以下，1/4T. 进行端面研削弹簧的线圈外侧面面的倾斜许容限度如下表 1 级2 级3 级 线 圈 外 侧 面 的倾斜 0.05H。1.150.05H。2.90.08H。4.6 H。自由高度 括弧内的倾斜角度 15 日本JIS B 27042709摘要 弹簧特性 指定弹簧特性是要把指定高度时的荷重指定,但是需要弹簧定数时,也可以指定 这个公差. 指定长度 的荷重 有效圈数 1 级2 级3 级 3以上 10以下51015 10以上4812 等级 定高度时的荷重是这时的垂度是规定于试验荷重时的垂度20～ 80之间. 16 日本JIS B 27042709摘要 等级 1 级2 级3 级 3以上 10以下 51015 10以上4812 有效圈数 弹簧定数 弹簧定数是在於试验荷重时的垂度30～70之间的2个荷重点,按照荷重 的差和垂度的差来规定. 17 日本JIS B 27042709摘要 3-8冷间成形引张线圈弹簧的寸法及弹簧的特性许容差. 自由高度项目许容差或范围 a有弹簧特性的指定时自由高度要做为参考值。 b没有弹簧特性指定时自由长许容差是按照如下表. 等级 1 级2 级3 级 4以上8以下 1.0 最小0.2mm 2.0 最小0.5mm 3.0 最小0.7mm 8以上15以下 1.5 最小0.5mm 3.0 最小0.7mm 4.0 最小0.8mm 15以上 22以下 2.0 最小0.6mm 4.0 最小0.8mm 6.0 最小1.0mm D/d 18 日本JIS B 27042709摘要 线圈直径的许容差是用外径来规定,其数值是按照如下表 线圈直径 等级1 级2 级3 级 4以上 8以下 1.0 最小0.15mm 1.5 最小0.20mm 2.5 最小0.40mm 8以上 15以下 1.5 最小0.20mm 2.0 最小0.30mm 3.0 最小0.50mm 15以上 22以下 2.0 最小0.30mm 3.0 最小0.50mm 4.0 最小0.70mm D/d 总卷数及 钩环 总卷数是原则上做为参考值，钩环的对向角、偏中心、倒、突出的 许容差是依从于收付当事者间的协商. 19 日本JIS B 27042709摘要 一般设计参照下表 对向角 1 级2 级3 级 10T以下D/d≤8152025 10T-25T8≥D/d≤15253035 25T-40T 15≥D/d≤1 5 303540 等级 圈数D/d 当指数（D/d）大于15时，圈数超过40T，双方协商，但最小角度 不小于40. 20 日本JIS B 27042709摘要 指定长度 的荷重 指定 弹簧特性 弹簧特性是指定于指定长度时的荷重，但是特别需要弹簧定数时也可以指定. 对于有效卷数3以上的弹簧，指定长度时的许容差是如下 [初张力α{指定长度时的荷重-初张力 β}],在这里α初张力的 平衡度和β对于垂度荷重的平衡度是依各如下表 等级 1级2级3级 α0.100.150.20 β0.050.10.15 21 日本JIS B 27042709摘要 指定长度时的荷重是,规定于其试验时的垂度是试验时的垂度20～ 80之间,但是指定长度时的垂度是做为4mm. 弹簧定数 等级 1 级2 级3 级 3以上10以下51015 10以上4812 有效圈数 弹簧定数是在於试验荷重时的垂度30～70之间的2个荷重点 ,按照荷重的差和垂度的差和垂度来规定. 22 日本JIS B 27042709摘要 - 3扭线圈弹簧 1）弹簧的形状 簧的端末形状是依安装方法、安装地方而需要特殊的形状，也非常复杂 里的图3-3～3-5形状的形状大致区分 3-3基本形状 a短的钩环b折角c直线起 23 日本JIS B 27042709摘要 图3-4 基本形状 （a） 直线段b1段弯曲 c工段弯曲d钩环 24 日本JIS B 27042709摘要 图3-5 双扭簧 2 尺寸及弹簧特性 2.1许容差的等级尺寸及弹簧特性的许容差等级是,1级,2级,3级,这等级 是每各项目应于各种各样的需要而独立选定,但没有特别需要的许容差是不指 定. 2.2尺寸及允许差，弹簧的尺寸是依从指定，尺寸许容差是依从如下. 25 日本JIS B 27042709摘要 （1）杆的自由角度，有弹簧特性的指定时，杆的自由角度是做为 参考值，没有弹簧特性的指定时杆的自由角度许容差是依表3-9 表3-9 杆的自由角度的许容差 等级123 3以下 81015 3以上 10以下 101520 10以上 20以下 152030 20以上 30以下 203040 卷数 备注这个值的适用于D/d 4以上，22以下. 26 日本JIS B 27042709摘要 2线圈直径,线圈直径的许容差是,应于弹簧的用途而内径或外径的那一方来规定. 其数值是依表3-10. 表3-10 线圈直径的许容差 等级123 4以上 8以下1.0,最小 0.15mm 1.5,最小 0.2mm 2.5,最小 4.0mm 8以上 15以下1.5,最小 0.2mm 2.0,最小 0.3mm 3.0,最小 0.5mm 15以上 22以下2.0,最小 0.3mm 3.0,最小 0.5mm 4.0,最小 0.7mm D/d 1 许容差是有需要时可以取单方面,这时把表中的许容差范围取一方. 2 线圈部的长度,线圈部的长度许容差是,依表3-11,但是不适用于卷粘着的 部品. 27 日本JIS B 27042709摘要 表3-11 线圈部长度的许容差 等级 123 4以上8以下 1.5, 最小0.3mm 3.0, 最小0.6mm 5.0, 最小1.0mm 8以上15以下 2.0, 最小0.4mm 4.0, 最小0.8mm 7.0, 最小1.4mm 15以上 22以下 3.0, 最小0.6mm 6.0, 最小1.2mm 9.0, 最小1.8mm D/d 4杆部的长度杆部长度的测定是,图3-6杆部的长度L依L1来进行,其许 容差是依表3-12. 28 日本JIS B 27042709摘要 表3-12 杆部的长度 许容差 等级 材料直径 123 0.1以上0.5以 下 2.0, 最小0.3mm 3.0, 最小0.5mm 4.0, 最小1.0mm 0.5以上1以下 2.0, 最小0.5mm 3.0, 最小0.7mm 4.0, 最小1.5mm 1以上2以下 2.0, 最小0.7mm 3.0, 最小1.0mm 4.0, 最小2.0mm 2以上4以下 2.0, 最小1.0mm 3.0, 最小1.5mm 4.0, 最小3.0mm 4以上 2.0, 最小1.5mm 3.0, 最小2.0mm 4.0, 最小4.0mm 29 日本JIS B 27042709摘要 5 杆部的弯曲角度,测定杆部弯曲角度是按照图3-7弯曲角度来进行, 许容差是依表3-13. 图3-7 杆部的弯曲角度 图3-6 杆部的长度L及L1 表3-13 杆部弯曲角度的许容差 等级123 α的允许差51015 30 五、弹簧电镀相关资料五、弹簧电镀相关资料 N O简单工艺介绍镀后颜色用途镀层厚度盐雾试验标准 1 N O简单工艺介绍镀后颜色用途镀层厚度盐雾试验标准 1 除油→酸洗→镍底→ 镀金→烘干 金色 降低接触电阻，耐 磨耗，保真效果。 ①0.040.06 μm薄 ②1.21.5μm 厚 24H以上 2 2 除油→酸洗→打铜底 2次碱铜、酸铜→镍 底→镀铬→烘干 天蓝色 硬度高，耐磨性 好，反光能力强， 有较好的耐热性。 铬0.5μm薄 15μm以上厚 24H以上 3 3 除油→酸洗→打镍底 →镀银→烘干 银色 导电性金属中 佳，导热率佳。 镍35μm 银0.040.06 μm 连续喷8H,WKS IJL 16H欧230标 准24H以上 电解 除油→酸洗→打铜底 必要时→镀镍滚镀 白色 防腐性佳，焊锡， 导电耐磨性。 35μm JIS 3H连续喷雾 无电 解 除油→酸洗→镍底镍 磷合金化学分解 白色 耐蚀性好较电解 镀层均匀。 35μm JIS 3H连续喷雾 镀镍 Ni 4 表面处理 4 表面处理 镀金Au 镀铬Cr 镀银Ag 31 五、弹簧电镀相关资料五、弹簧电镀相关资料 N O简单工艺介绍镀后颜色用途镀层厚度盐雾试验标准 5 N O简单工艺介绍镀后颜色用途镀层厚度盐雾试验标准 5 除油→酸洗→镍底→ 镀锡 亮白色 便于焊锡，导电性 一般。 35μm24H以上 黑锌 除油→酸洗→镀锌→ 发黑 黑色防锈视产品要求5μm 以上2H 蓝锌 除油→酸洗→镀锌→ 发蓝 蓝色防锈视产品要求5μm 以上2H 五彩 锌 除油→酸洗→镀锌→ 发五彩 五彩赤橙 黄绿青 防锈视产品要求5μm 以上2H 白锌 除油→酸洗→镀锌→ 烘干 白色防锈视产品要求5μm 以上2H 7 7 除油→酸洗→染黑片 碱同亚销酸钠 黑色 较精密，对尺寸有 较小影响，防锈。 12μm 一般不做,常温保 持一年上油情形 下。 6 6 中性盐雾试验标准浓度3、5、20氯化钠、PH值6.57.2之间，温度95， 降雾每12ml/H/80cm 2，喷嘴压力0.81.4Kg，放置垂直挂或斜1530，不可直接喷在 工件上。 表面处理表面处理 镀锡Sn 染黑 镀锌 Zn 32 五、弹簧设计应考量事项五、弹簧设计应考量事项 33 五、弹簧设计应考量事项五、弹簧设计应考量事项 34 五、弹簧设计应考量事项五、弹簧设计应考量事项 35 六、弹簧设计资料六、弹簧设计资料 36 六、弹簧设计资料六、弹簧设计资料 37 请多多指教