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1、第!"卷#第!期大连铁道学院学报5678!"#*68!!$$%年"月&’()*+,#’-#.+,/+*#)+/,0+1#/*23/3(34#&9:8!$$%##文章编号：;$$$<;"=$（!$$%）$!<$$>$<$?!研究简报!等刚度圆锥螺旋压缩弹簧设计与制造吴名迪（株洲电力机车厂制造处，湖南株洲@;!$$;）!关键词：等刚度；圆锥弹簧；螺旋压缩中图分类号：3A;?%8;###文献标识码：+等节距圆锥弹簧与等螺旋角圆锥弹簧的设计与制造人们早已熟知8但随着铁路、航空等领域向高速度、轻量化发展，常常要求弹簧在尽可能小
2、的安装空间里能达到极限变形量，并保持恒定的负荷特性8而常用的等节距圆锥弹簧与等螺旋角圆锥弹簧却很难达到这一要求，本文对这种特殊的圆锥弹簧（以下简称等刚度圆锥弹簧）的设计与制造进行了探讨8!"等刚度圆锥弹簧的设计设计该弹簧应先从特性来分析8（;）弹簧上各点半径的确定##如附图，要使弹簧能产生最大压缩变形量，只有把小端各圈全部压并到大圈内，即压并高度!"等于材料直径#，这就必须满足$%&$%’;"#，式中%为$%点相对于大端工作圈起点的圈数(##同样$!&$;")#（)为弹簧工作圈数）##设$%&$%’;*+$!&$;#
3、#则$!&$;*)+，#+*)##同理$!&$;*%+则$*$&$!&$;%（;）附图"等刚度圆锥弹簧%!)即得到等刚度圆锥弹簧各点半径变化规律8（!）弹簧节距的确定要保证恒定的负荷特性，即工作过程中刚度不变，就要求小端各圈必须是同时压并至大端圈内，也就是说在外力,作用下，$;点的变形量为（!$&#）($%点的变形量就是-%(-%为弹簧所对应半径$%点相对大端工作圈起点的高度(@0#（$!&$;）圆锥弹簧刚度则外力./*@@;")（$!&$;）则外力,*./（!$&#）!收稿日期：!$$@<;!<;$万方数据作者简介
4、：吴名迪（;>=$B），男，工程师，学士C!第"期吴名迪：等刚度圆锥螺旋压缩弹簧设计与制造!#$%&’（!"(!$）对于!"点至大端这一段弹簧刚度#$"%%%$&（"!"(!"）!!因为弹簧各点所受的外力是一样的，)%#$"·*"%#（$+’(’）%%（!"(!$）（!"(!"）"所以*"%（+’(’）·%%·（"）（!"(!"）（!"(!$）,即得到等刚度圆锥弹簧工作圈上的各点相对大端工作圈起点的高度变化规律(（)）支承圈的确定!!对于压缩弹簧，每端的支承圈数一般均为)*%圈，要满足+-%’，则两支承端必须遵循工作
5、圈半径变化规律对于大端支承圈：!"(!$!"%!".·"（)）,式中，"为支承圈上点!"相对于大端工作圈起点的圈数/整个大端支承圈高度*"%’/!"(!$对于小端支承圈：!"%!$(·"（%）,式中，"为小端支承圈点!"相对于小端工作圈起点的圈数/整个小端支承圈高度*"%+’(’/而支承端的高度根据磨削量的多少即可确定/根据以上式（$）+（%）四个公式即可求出等刚度圆锥螺旋压缩弹簧上各点的半径和高度，从而可以精确确定该弹簧的形状特征(!"等刚度圆锥弹簧的制造这种等刚度圆锥弹簧因其卷绕轨迹复杂，弹簧的外径、螺距、螺旋升
6、角以及圆锥角都是变量，用普通的设备卷绕时成形很困难，而采无芯自动卷簧机卷制时，只需将该弹簧半径变化函数和高度变化函数进行编程输入自动卷簧机即可卷绕成形，如果受设备的限制，只能采用有芯卷制，那么芯轴的制造精度是决定弹簧成形精度的关键(!!（$）卷簧芯轴的设计以下芯轴设计参数均基于先从大端绕制(先确定回弹前要卷制的圈数,$/!$.!",$%·,（,）!$芯.!"芯.’式中，!$芯与!"芯分别为!$与!"相应的芯轴半径/确定芯轴螺旋槽顶点半径(因回弹前圈数为,$/则相应半径!$"也变化，即!"(!$!$"%!"(·"（&）
7、,$0按常规芯轴计算公式0芯%(’，得!-$.$/-1·2!$"’!芯%(（-）!-!$""’/,.$/-·2’式中，!-为弹簧材质抗拉强度，2为材质的弹性模量/因为这种等刚度圆锥弹簧大端的旋绕比较大，所以大端的回弹与式（-）所得芯轴尺寸有较大差距，而且热处万方数据理时大端尺寸还有较大变化(因此在多次实验基础上得出，式（-）中增加一个调整系数#!"大连铁道学院学报第"$卷!#$*!芯"+（)）!(!#$"%%&&’%(’··)*’值与旋绕比,有关，如附表*式（$）和式（)）同样适用于支承圈芯轴设计*最后确定芯轴螺旋槽
8、顶点相对于大端起点高度*通过实验得知该弹黄卷制前后高度及热处理前后的高附表!"值与旋绕比#的相关性度均变化不大，因此芯轴螺旋槽高度计算只需考虑圈数的+’$’)"%""","$变化*,,-’*%&’*%$’*%(’*%)’*%!’*’（!"+!’）（!"+!$）$-$"（.%+*）·,,·（!）（!"+!$）（!"+!’）/#芯轴支承圈的高度理论
