JISB2709中文版.doc

JISB2709中文版
扭转螺旋弹簧的设计与机能测试方法 B 2709:2000
1. 有用范畴 本规格针对,在广泛应用的扭转螺旋弹簧中应用圆形断面的材料，冷卷成形的圆筒形螺旋弹簧（以下简称弹簧）的设计及机能测试方法。
2. 引用规格 以下规格在本规格中经引用，构成本规格规定的一部分。这些引用规格有用于最新版本。
弹簧制图
弹簧用语
高炭钢丝
琴钢丝
弹簧用碳素油淬火钢丝
阀门弹簧用碳素油淬火钢丝
弹簧用不锈钢丝
铜及铜合金丝
铍铜、磷青铜及锌白铜的棒和丝
3. 定义 本规格顶用语的定义出自 JIS B 0103。
4. 材料 弹簧所用材料如表1所示。应用其它材料的情形由交割两边协定。重要材料的拉伸强度的最小值如参考表1。

5. 弹簧设计用的全然公式 弹簧设计用的全然公式如下。

5.2.1无需推敲弹簧扭矩长度的情形（参照图1）

图1

5.2.2需推敲弹簧扭矩长度的情形（参照图2）
图2

5.3设计时需留意的事项
5.3.1纵弹性系数 弹簧设计应用的重要材料的纵弹性系数E值如表3所示。

表3

5.3.2弹簧扭转偏向和应力的关系 那个公式用最标准的模型：圈数在3圈以上，在弹簧线圈中有领导棒，弹簧一侧的扭臂安装在领导棒齐心的反转展转体上。但需留意以下几点。

图3

5.4设计应力的采取方法
5.4.1运算式 在力矩从弹簧卷入偏向感化时用（4）式运算，在力矩从弹簧卷出偏向感化时用式（14）运算。
5.4.2 受静荷重时弹簧的的许可曲折应力 受静荷重时弹簧的的许可曲折应力如图5所示。

图5
5.4.3受反覆荷重时弹簧的的许可曲折应力 受反覆荷重时弹簧的的许可曲折应力，需推敲弹簧的下限应力和上限应力的关系、反覆次数以及线的别处状况等会阻碍疲乏强度的各类身分。

参考 以下是推测弹簧寿命的方法的一个例子。

琴钢线、阀门弹簧用的淬前哨等有优胜的耐疲乏性的材料时，用参考图1疲乏强度曲线来推断一样情形下受反覆重荷时弹簧的寿命。

6. 弹簧的外形 跟着安装方法、安装场合的不合，而须要不合外形的弹簧，情形专门复杂。如图6－8所示例。

7. 尺寸及弹簧特点的许可误差的等级
8. 尺寸及弹簧的特点
8.1尺寸及尺寸的许可误差
8.1. 1扭臂的自由角度的许可误差 弹簧扭臂的许可误差如表4。但当被指定弹簧特点时仅作参考。

表4

8.1.2弹簧直径的许可误差 弹簧直径的许可误差如表5。许可误差必须合适表5各栏的两个前提中绝对值较大年夜的那个值。
表5

表6
8.1.3弹簧长度的许可误差 弹簧长度的许可误差如表6。但不有用于密着卷的情形。
许可误差必须合适表5各栏的两个前提中绝对值较大年夜的那个值。

8.1.4扭臂长度的许可误差 扭臂长度的测量如图9所示对扭臂长l及l1进行测量。它的许可误差如表7所示。
许可误差必须合适表5各栏的两个前提中绝对值较大年夜的那个值。

图9

表6
8.1.5扭臂曲折角度的许可误差 扭臂曲折角度的测量如图10所示对曲折角度α进行测量。许可误差如表8。

表8

8.2弹簧的特点及许可误差
8.2.1弹簧的特点 弹簧的特点重要指指定扭转角度时的力矩，由定购者指定。但因为弹簧末尾外形、摩擦以感化时的姿势的不合而不合，只在须要情形进行指定。
8.2.2 弹簧特点的许可误差 弹簧特点的许可误差如下。这种情形，将扭臂的自由角度作为参考值来指定许可误差。
等级
1级
2级
3级
β1
0.03
0.05
0.08

表9
圈数
3＜n＜10
10＜n＜20
20＜n＜30
β2
10°
15°
20°

表10

9．规格规定方法
9.1弹簧制图 弹簧制图来源于 JIS B 0004。
9.2 规格明细表中记录的事项 规格明细表中记录的事项出自以下项目。
a)材料（有材料规格的会记录其型号）
b)材料的直径
c)线圈平均径
d)线圈内径或外径
e)圈数
f)卷偏向
g)指定扭转角度时的力矩（指定的情形会明白记录特点的测定方法——出力点、领导棒、动作偏向等）
h)自由角度
I)扭臂长度及末尾外形（在图中具体规定）
J)别处处理（是否经镀、涂）
k)用处或应用前提
备注 上述a)-k)条目以外的，如有专门须要也有记录。
9.3规格明细表的记录 规格明细表中记录的示例如图11所示。
10.实验方法 弹簧的实验方法依照弹簧的外形、安装方法、应用部位的不合而不合，关于具体要求，需交割两边协定来进行选择，那个地点仅介绍一样的实验方法。
10.1弹簧的特点 弹簧特点实验测定在8.2中指定的指定扭转角度时的力矩。
测准时，从规格明细表中选定所记录项目，用合适的样板测定领导棒的直径，末尾扭臂的保持方法及力矩负荷地位。
指定扭转角度时的力矩是弹簧由自由状况逐步使其力矩负荷，测定达到指定扭转角度时的力矩。
10.2尺寸 尺寸实验对8.1中指定的项目直截了当测量、界线表或用其它方法。

扭转螺旋弹簧的设计与机能测试方法说明

本说明属于正文中规定的事项以及与此相干的事项的说明，不属于规格的一部分。
本说明属财团法人日本规格协会编辑发行，有关本说明的任何问题，请向财团法人日本规格协会咨询。
1． 制订、校勘的主旨及经由
1.1制订的主旨 本规格就扭转螺旋弹簧中，应用圆形断面的材料，冷卷成形圆筒形螺旋弹簧的设计标准以及产品规格的特点进行了规定。
1.2此前校勘的经由 本规格1976年3月制订，经1987年和1995年2次校勘后，于现今（2000年）进行第三次校勘。
1987的校勘做了如下修改：（1）向国际单位的第二时期转换；（2）在资估中追加了日本弹簧工业协会JSMA No.11(弹簧用硅铬钢、油淬前哨)；（3）弹性系数扩大年夜到22以及设置了弹性系数在15到22范畴内时对线圈直径的许可范畴及线圈长度许可范畴等。
1995年的校勘是基于1990年6月1日第399届标准会议上制订的“”，进行了SI导入。别的因为JIS Z 8301（规格票的样式）于1990年3月进行了修改，是以与此响应对规格票的样式进行了更换。
1.3本次（2000年）校勘的主旨 作为从新制订JIS的一环，本次校勘以1998年5月1日由财团法人日本规格协会推托社团法人日本弹簧工业会所做的校勘草案为契机进行校勘。
上一次校勘（1995）并没有本质性的更换，a)删除了本来的单位将SI单位作为独一的规格值，b)JIS Z 8301：1990为差不多进行规格样式的更换等情势上的更换，此次收集了用户及弹簧厂商的看法，综合推敲实际情形，力争使之成为应用便利的JIS。
1.4本次（2000年）的重要校勘点 本次校勘的重要校勘点如下:
a)规格的名称由“扭转螺旋弹簧——设计标准”更为“扭转螺旋弹簧——设计与机能测试方法”。
b)规格票以JIS Z 8301：1996年的为标准。
c)与国际规格的一致方面，因此没有响应的ISO规格，但相干的国外规格有：DIN 2088:1992,ISO 8458-1:1989,ISO 8458-2:1989,ISO 8458-3:1992,ISO 6931-1:1992,与此进行了对比。
d)收集了用户及弹簧厂商的看法，综合推敲实际情形，力争使之成为应用便利的JIS。
2.有用范畴（正文的1） 扭转螺旋弹簧是遭受拧力矩(扭矩)的螺旋弹簧。经由过程弹簧的末尾，施与弹簧的力矩会对线圈状的材料进行曲折力矩感化，使材料产生曲折应力。因此由外部的拧力矩，弹簧两端产生角位移（弹簧的扭转角度）。
紧缩或拉伸螺旋弹簧对弹簧材料的选择上，圆形断面的材料要比长方形断面的材料更为有利。然则，关于产生曲折应力的螺旋弹簧来讲，应用长方形断面的材料在许可应力雷同时，材料的效力比较高。然而，因为一样情形下圆形断面的材料比较好买到，较常应用，是以本规格仅限于圆形断面材料在常温加工的情形。
但应用长方形断面材料的情形下，将全然公式（2）及公式（4）的断面二次力矩（I）以及断面系数（Z）改为长方形断面的运算公式，便能够本规格为标准。
在1995年版的有用范畴里记录的关于引用规格的备考，在本规格中移到了2.
3.各构成要素的内容
3.1定义（正文的3.）条目的名称由“用语的定义”改为“定义”。
3.2材料（正文的4.）因为弹簧须要应用材料本身的弹性,是以应用有弹性的材料也并无阻碍。
因此，蓄积的弹性势能越高就越好。因为蓄积的弹性势能是材料产生的应力的2次方倍，因此，弹性限度越大年夜，就越合适做弹簧的材料。弹性限度与弹簧的拉伸强度相干，因此拉伸强度高的材料比较好。一方面推敲到弹簧的冲击荷重与反覆荷重，须要它有必定的韧性，另一方面，因为有反覆荷重，因此要求材料的别处状况要好。是以材料的化学成分以及冷热处理关于弹簧的材料来讲差不多上极为重要的。
材料的线径以四次方的倍数阻碍着弹簧的特点，因此材料线径的许可差越小越好。
别的，依照顾用前提的不合在上述内容之外，会有对耐蚀性、耐热性以及导电性方面的要求。
推敲了各种对弹簧材料的机能要求，在我国材料种类同一为正文表1所示种类。
这些材料按照弹簧的用处，在正文表1上以重要用处加以区分。表中一种用处列出几种材料。在选择材料时，需综合推敲成本、弹簧的应用前提、制造前提等并参照规格精确选择。
3.3设计运算（正文5.）
3.3.1弹簧设计应用的全然公式（正文5.2 及5.3）正文的全然公式如图1、图2所示，在弹簧的内侧有领导棒，力矩（M）围绕弹簧的中间轴产生感化，产生弹簧的扭转角度以及扭转应力。
是以，跟着弹簧受重的偏向，末尾承重的前提，和领导棒摩擦的前提等的不合，具体情形需具体分析。
本规格省略了如许具体情形的分析，如正文5.3所述设计推敲事项，仅规定了圈数在3圈以上，弹簧的一个扭臂安装在与领导棒齐心的扭转体上，弹簧的卷入偏向受重的最标准的情形。
3.3.2需参考扭臂长短的情形（正文5.2.2）在需参考扭臂长度的情形下，扭臂的长（a1,a2）是将其看作伸臂的近似值。确信是否须要参考扭臂长度的依照是，假如扭臂的长（a1+a2）是（a1+a2）≥0.09×∏DN时，假如参考起来比较轻易则参考。
别的如式(1)、式（9）所示，弹簧有效部分展开长度（L）意味着运算上阻碍弹簧特点的等价长度。
3.4设计需留意的事项(正文5.3)
3.4.1纵弹性系数（正文5.3.1）事实上，材料的纵弹性系数（E）值和横弹性系数(L)值在冷、热加工后，会产生微小的变更，但弹簧是不受材料尺寸阻碍的。
将此视作弹簧的物理值，进行实验，但一样弹簧的设计上，即使E的值有误差，也并可不能有像会以4次方的倍数阻碍弹簧的特点的直径以及圈数、线圈平均径的误差那样大年夜的阻碍。是以，作为一样可不能阻碍设计的精度值在表3中列出。
表3所示的值是常温下各材料的值。纵弹性系数的值跟着温度的变更会有所变更，是以在应用情形温度较高的情形需推敲进行实验。
3.4.2弹簧扭转的偏向和应力的关系（正文5.3.2）弹簧的设计要求在知足其特点的同时，知足应用空间的限制，并包管须要的寿命。
一样，假如弹簧的应力高的话，能够以2次方的比例实现其轻小化。
别的，应用不合弹性系数的材料时，如是能够使应力同一化的材料的话，则弹性系数越小越可实现其小型化。
鉴于此，正如已在材料说明部分辩过的那样，材料的选择极为重要。其次假如材料选定的话，为包管其需求寿命，设计上所需选择的确实是合适的应力了。别的，设计好的弹簧可否知足寿命方面的要求，须要进行验证。
这种情形下，正如正文所述，弹簧的应力运算须要留意弹簧力矩感化偏向是卷入偏向照样卷出偏向。
3.4.4遭受静荷重的弹簧的许可曲折应力（正文5.4.2）所谓的静荷重是指，弹簧在应用状况下荷重几乎没有变更，即使有反覆荷重，在弹簧的应用寿命内也可不能跨过约1000回的情形。
静荷重情形下许可的最大年夜应力在正文图5中以许可曲折应力的情势已加以图解。图5是针对各钢线拉伸强度的下限作为系数，将其值连接为腻滑的曲线。以拉伸强度作为系数时，琴钢线、高炭钢线、油淬前哨是0.8，不锈钢线是0.75。冷加工率大年夜的线径1mm以下的细线，降伏比也比较低，因此图左边是小幅度逐步变低的。
关于铜合金的材料，图5没有记录，同样的系数大年夜概取0.75阁下合适。别的其它的材料，综合推敲其化学成分加工前提规定响应的系数即可。
那个地点须要留意的是，这些系数或者是图5图上的值是一样的情形，只要稍有变更就会有新的情形。例如，比如限制力矩的聚散器的弹簧，那个指数应当更低，相反即使显现了若干差距，因为有空间的限制，不得已的情形下，只能采取拉伸强度邻近的应力。
接下来，在正文5.3式（15）中曲折的应力修改系数Kb是线圈内侧的系数，线圈外侧的应力修改系数Kb’为Kb’=(4c2+c-1)/4c(c+1),是个比1小的系数。是以在弹簧卷入时，线圈外测的拉伸应力是比用公式（4）、（5）及（8）运算出的值小的δ×Kb’，线圈内侧为δ×Kb。这种情形对接下来将谈到的遭受反覆重荷的弹簧的耐疲乏强度有利。
3.4.5遭受反覆重荷弹簧的许可应力（正文5.4.3）关于给弹簧加以反覆重荷的情形，一样的做法是，依照不合伙料的抗疲乏实验的成果查找S-N曲线，综合应力振幅选出与要求应用寿命相对应的时刻强度或疲乏限度的应力值。
设计弹簧时，查找包管寿命的应力值时，要求恰当的数据及必定程度的体会，这成为弹簧设计的一个问题。是以，规定一个有用而简略单纯的应力选择方法成为一个广泛的需求。因为列入本规格的正文中不太合适，因此处于有用角度，在正文中，作为参考，以参考图1的情势记入。
参考图1最初由SAE Journal介绍，厥后在Associated Spring Corp.的Design Handbook中也被应用。基于材料的拉伸强度的疲乏设计的方法进一步得以改良，为实现确信出拉伸强度，疲乏设计既可依照参考图1就能完成而将上限应力的纵轴下限应力的横轴用应力系数Goodman Diagram来表示。因此为明白应力范畴，区分便利的下限应力和上限应力的比γ，参加了斜线。那个γ确实是γ＝
延长表示反覆次数的斜线，就会和右上方的拉伸强度的点连接在一路。左纵轴的上限应力系数值直截了当引用前述文献中的疲乏强度系数。
参考图1中上限应力系数0.7处划的横线是表示弹簧误差的许可范畴。假如许可极小的误差的话，静荷重的情形下能够将横线移至许可曲折应力处。现在，表示反覆次数的斜线延长至右上方的拉伸强度偏向。
一样疲乏现象会伴有必定程度的误差，在参考图1中表示疲乏破坏的回数是拔取大年夜量实验中疲乏破坏率小的，因而信任性高，在实际设计时，平日是像参考图1的应用例那样，在限度范畴内推敲恰当的安稳性。
参考图1是针对琴钢线、阀门弹簧用的淬前哨等有优胜的耐疲乏性的材料，关于高炭钢线、弹簧用淬前哨等是不克不及直截了当应用的。
在本规格中，应力拔取方法的标准在材料规格中规定的拉伸强度的下限处，作为参考表1在JIS中，规定的拉伸强度的下限值在正文末尾处加以表示。
3.4.6其它须要留意事项 在弹簧圈数较少时，线圈各部分的力矩处引起波动，别的，因为专门轻易受到末尾支撑前提的阻碍，对线圈各部受同样曲折力矩感化的全然假设就会不成立。是以全然公式有用于圈数比较多（N≥3）的情形。
此外，线圈分列慎密的话，就会产生相当于拉伸线圈弹簧的初张力的线圈间黏出力，这将成为加荷减荷时的摩擦力，弹簧的特点就会产生滞后现象。假如顺着弹簧的卷入偏向加荷的话弹簧的圈数就会增长，这种偏向就将进一步被加强。为防止如许的现象的产生，线圈间应有微小间距。
弹簧的圈数增多全长增长的话，受负时就轻易扣住。为防止弹簧扣住，加以初张力或是预先施加轴偏向的拉伸力差不多上有效的方法。依照扭转螺旋弹簧的外形、用处加以专门分析的情形要比紧缩以及拉伸力矩弹簧多。碰到专门情形的设计时，要进行须要的分析，欲望本规格能够有用。
3.5弹簧的外形（正文6）依照安装方法安装场合的不合，弹簧会有各类各样的终端外形，在本规格的草案审议时期，从弹簧临盆商那边收集了一些有用的终端外形，如正文图6图7所示，分扭臂比较短和比较长的两类，按照全然外形加以归类，并分别给各类外形付与名称。此外，将图8设计为花边形。
各类外形需推敲弹簧成形上的难易程度，曲折R与曲折R间以及末尾的前面部分设计成直线形的比较好。
3.6尺寸以及弹簧特点许可误差的等级（正文7.）在弹簧材料的选择上，运罢了扭转力矩、扭转角度以及扭转应力后，对尺寸及弹簧特点，综合推敲应用上的精度及制造上的难度的同时许可有许可误差。
尺寸及弹簧特点的许可误差分1级、2级和3级三个等级。这是因为弹簧用处有多样性，在相符本规格的同时许可有合理的灵活的处理。
这些许可误差的等级，不是对一个弹簧实施同一的等级，而是依照弹簧应用的前提，每个项目分别选择。在选择时，只选择安装上或机能上有须要的不克不及不参照的项目切实事实上切等级，其它方面推敲到为使便利制造，许可有许可误差。
3.7尺寸及尺寸许可误差（正文8.1）
3.7.1扭臂的自由角度的许可误差（正文8.1.1）如后文弹簧特点所述，扭转螺旋弹簧的特点上专门少会许可有许可误差，多半是扭臂的自由角度许可有许可误差。这是因为假如决定了弹簧的诸身分和扭臂的自由角度，则弹簧的特点就能本身形成。
扭臂的自由角度的误差全然上与圈数成正比，关于其许可误差，在正文表4中依照响应的圈数做出规定。
3.8弹簧的特点及许可误差（正文8.2）与仅在高低两个偏向施加重荷的紧缩弹簧、拉伸线圈弹簧不合，扭转螺旋弹簧依照各类末尾外形的不合有多种安装方法，在用实验机测准时，有须要针对安装前提及摩擦与交割方协商制造测定样板。是以一样由自由角度的许可误差代用的情形角度。
专门是应用时，在指定弹簧特点时不指定扭臂的许可误差，指定扭转角度时的力矩的许可误差如正文所示用表9β1的和表10的β2值来运算并指定。
那个由许可误差的运算得出来的筹划扭转角度是设计上筹划运算的扭转角度。图上的指定扭转角度参照正文9.3。
3.9规格的规定方法（正文9）定购弹簧时，以图纸以及规格明细表所载项目标标准作为最终标准。正文9.3的规格明细表与JS B 0004（弹簧制图）中角度的记录方法有所不合，要追加要求项目表中为表示弹簧特点所需的角度而必须的内容。
制订做法时除要保持弹簧须要的机能外，还应推敲其成本。
3.10实验方法（正文10.）弹簧的实验方法依照弹簧的外形、安装方法、应用部位的不合而不合，同时因为需依照具体要求来进行选择因此专门难规定一个广泛的方法。
专门是关于弹簧特点实验，依照弹簧末尾扭臂的外形由各类各样的保持方法，别的弹簧圈的线之间，受由安装姿势而产生的弹簧和领导棒间的摩擦的阻碍专门大年夜，依照测定方法的不合力矩的值会有专门大年夜的不合。是以在正文中只对最广泛的方法的进行了概述，具体的情形需由交割当事人世协定。
4.遗留问题 本次校勘中遗留的未能解决的问题如下。
5.设计运算中的全然公式及5.4设计应力中的图5和参考图1，是专门有用的，但与相干国外规格比拟若干有些差别。然则推敲到现时期可不能造成应用上的问题，因此没有进行校勘。但往后推敲到国际规格化的动向，鄙人次校勘时有须要推敲包含除JIS规格材料以外的国外材料。

日本工业规格
扭转螺旋弹簧的设计与机能测试方法
B 2709:2000