GB/T 13828-2009 多股圆柱螺旋弹簧

　　ICS 2 1 . 160 J 26

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 13828—2009代替 GB/T 13828—1992

　　多股圆柱螺旋弹簧

　　Stranded wirecylindricalhelicalsprings

　　2009-03-16 发布 2009-1 1-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 13828—2009

　　前 言

　　本标准是对 GB/T 13828—1992《多股圆柱螺旋弹簧》的修订 。修订时仍保留 GB/T 13828—1992 《多股圆柱螺旋弹簧》中有效的部分，对已不适应的内容进行重新修订 。本标准与被修订标准版本的主要技术差异如下：

　　— 对原标准按 GB/T 1 . 1 进行了编辑性修改;

　　— 对引用的材料标准进行了全面查新，使用已修订过的最新版本代替原标准所引用的旧版本;

　　— 按 GB/T 1805—2001《弹簧术语》，对原标准涉及扭矩 、刚度 、变形量等符号进行修订;

　　— 对原标准进行章节调整;

　　— 将正文中的工作图放入附录 。

　　本标准的附录 B 为规范性附录，附录 A 、附录 C 为资料性的附录 。

　　本标准由中国机械工业联合会提出 。

　　本标准由全国弹簧标准化技术委员会(SAC/TC 235)归 口 。

　　本标准负责起草单位：国营昆仑机械厂 、中机生产力促进中心 。

　　本标准参加起草单位：杭州钱江弹簧有限公司 、杭州兴发弹簧有限公司 、立洲集团控股有限公司 、浙江美力弹簧有限公司 、浙江金昌弹簧有限公司 、常州市铭锦弹簧有限公司 。

　　本标准主要起草人：包希增 、陆培根 、姜膺 、屠世润 、王卫 、张桂军 、梁泉 、邵承玉 、严世平 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

　　—GB/T 13828—1992 。

　　Ⅰ

　　GB/T 13828—2009

　　多股圆柱螺旋弹簧

　　1 范围

　　本标准规定了多股圆柱螺旋压缩弹簧 、拉伸弹簧 、扭转弹簧的设计计算 、技术要求 、试验方法和检验规则 。

　　本标准适用于普通多股圆柱螺旋压缩 、拉伸和扭转弹簧(以下简称弹簧)。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。凡是注 日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本适用于本标准 。

　　GB/T 1805 弹簧术语

　　GB/T 4357—1989 碳素弹簧钢丝(neq JIS G3521 :1984)

　　GB/T 18983 油淬火-回火弹簧钢丝(GB/T 18983—2003 , ISO/FDIS 8458 , MOD)

　　JB/T 7944 普通圆柱螺旋弹簧抽样方法

　　YB/T 5311 重要用途碳素弹簧钢丝

　　3 术语和符号

　　本标准使用的术语和符号应符合 GB/T 1805 和表 1 的规定 。

　　表 1

　　参数名称

　　代 号

　　单 位

　　钢索索径

　　dc

　　mm

　　钢索索距

　　tc

　　钢索拧角

　　β

　　( °)

　　钢丝展开长度

　　L

　　mm

　　三(四)股钢丝展开长度

　　L1

　　材料切变模量

　　G

　　MPa

　　材料弹性模量

　　E

　　材料抗拉强度

　　Rm

　　工作切应力

　　τ

　　许用切应力

　　[τ]

　　试验切应力

　　τs

　　弯曲应力

　　σ

　　许用弯曲应力

　　[σ]

　　试验弯曲应力

　　σs

　　钢索股数

　　m

　　捻索系数

　　i

　　1

　　GB/T 13828—2009

　　4 材料

　　4 . 1 弹簧常用材料见表 2 。若所需用其他材料时，由供需双方商定 。表 2

　　标准号

　　标准名称

　　切变模量 G MPa

　　弹性模量 E MPa

　　推荐使用温度温度范围

　　℃

　　性 能

　　GB/ T 4357—1989

　　碳素弹簧钢丝

　　78 . 5 × 10 3

　　206 × 10 3

　　-40 ~ 150

　　强 度 高，性 能 好 。 B级用 于 低 应 力弹 簧，C

　　级用 于 中 等 应 力 弹 簧， D级用于高应力弹簧

　　YB/T 5311

　　重要用途碳素弹簧钢丝

　　-40 ~ 150

　　强 度 高，韧 性 好 。 用于重要用途弹簧

　　GB/T 18983

　　油淬火-回火弹簧钢丝a

　　-40 ~ 210

　　强 度 高，韧 性 好 。 用于普通机械用弹簧

　　a 采用 GB/T 18983 油淬火-回火弹簧钢丝中 VDC、FDC、TDC 。

　　4 . 2 弹簧材料的质量应符合相应材料标准的有关规定，必须备有材料制造商的质量证明书，并经复验合格后方可使用 。

　　5 设计计算

　　5 . 1 产品分组及许用应力的选取

　　5 . 1 . 1 产品分组

　　弹簧根据工作性质分为两组，见表 3 。 弹簧的组别应根据表 3 确定，并在产品图样中注明 。

　　5 . 1 . 2 许用应力的选取

　　许用应力的选取按照表 3 。

　　表 3

　　组别

　　工作性质

　　变形速度 V m/s

　　许用切应力[τ] MPa

　　许用弯曲应力[σ] MPa

　　Ⅰ

　　动负荷

　　8

　　(0 . 43 ~ 0 . 52)Rm

　　(0 . 68 ~ 0 . 75)Rm

　　重要弹簧

　　5

　　Ⅱ

　　一般弹簧

　　V≤5

　　(0 . 57 ~ 0 . 62)Rm

　　(0 . 86 ~ 0 . 97)Rm

　　注：对重要的，其损坏对整个机械有重大影响的弹簧，许用切应力及许用弯曲应力应适当降低 。Rm 取下限值 。

　　5 . 2 基本参数及计算公式

　　5 . 2 . 1 钢索索距

　　三股簧的 tc 应在 3 ~ 14 倍钢丝直径范围内选取 。

　　四股簧的 tc 应在 8 ~ 12 倍钢丝直径范围内选取 。

　　2

　　GB/T 13828—2009

　　5 . 2 . 2 钢索拧角

　　钢索拧角β可根据不同的股数及 tc /d值，按表 4 选取 。

　　表 4

　　tc /d

　　8

　　9

　　10

　　11

　　12

　　13

　　14

　　三股

　　β

　　24 . 97 °

　　22 . 37 °

　　20 . 25 °

　　18 . 49 °

　　17 . 00 °

　　15 . 74 °

　　14 . 64 °

　　dc /d

　　2 . 19

　　2 . 18

　　2 . 17

　　2 . 17

　　2 . 17

　　2 . 17

　　2 . 16

　　四股

　　β

　　31 . 13 °

　　27 . 78 °

　　25 . 08 °

　　22 . 85 °

　　20 . 99 °

　　dc /d

　　2 . 54

　　2 . 51

　　2 . 49

　　2 . 48

　　2 . 47

　　钢索拧角β按公式(1)计算：

　　…………………………( 1 )

　　式中：

　　d2 — 钢丝中心在钢索横截面上所成的圆周直径 。

　　三股钢索：

　　d …………………………( 2 )

　　四股钢索：

　　d …………………………( 3 )

　　式中：

　　φ— 与钢丝周长对钢索索距的比值有关的角度 。

　　…………………………( 4 )

　　5 . 2 . 3 钢索索径

　　钢索索径 dc,按公式(5)计算：

　　dc = d+ d2 ( 5 )

　　5 . 2 . 4 弹簧强度

　　5 . 2 . 4 . 1 压缩 、拉伸弹簧工作切应力，按公式(6)计算：

　　τ = 8 π(F)d(D)3 i(c)m(o)sβ ( 6 )

　　5 . 2 . 4 . 2 扭转弹簧弯曲应力，按公式(7)计算：

　　…………………………( 7 )

　　5 . 2 . 5 弹簧刚度

　　5 . 2 . 5 . 1 压缩 、拉伸弹簧刚度，按公式(8)计算：

　　F ………………………………( 8 )

　　5 . 2 . 5 . 2 扭转弹簧刚度，按公式(9)计算：

　　T 或 T

　　5 . 2 . 6 试验负荷

　　试验负荷 Fs 为测定弹簧特性时，弹簧允许承受的最大负荷，其值按公式(10)计算：

　　3

　　F …………………………( 10 )

　　式中 τs 为试验切应力，其最大值按表 5 选取 。

　　在有些情况下可取 τs =(1 . 2 ~ 1 . 3) [τ] 。

　　表 5 单位为兆帕

　　材料

　　油淬火-退火弹簧钢丝

　　碳素弹簧钢丝 、重要用途碳素弹簧钢丝

　　试验切应力 τs

　　0 . 6Rm

　　0 . 55Rm

　　5 . 2 . 7 弹簧材料直径

　　5 . 2 . 7 . 1 压缩 、拉伸弹簧的材料直径，按公式(11)计算：

　　d …………………………( 11 )

　　5 . 2 . 7 . 2 扭转弹簧的材料直径，按公式(12)计算：

　　d …………………………( 12 )

　　5 . 2 . 8 捻索系数 i的选取

　　捻索系数 i与钢索股数m 和钢索拧角β 有关 。

　　当 m=3 ,β在 15 °~ 25 °时，取 i= 1 . 05 ~ 1 . 2 。

　　当 m=4 ,β在 20 °~ 30 °时，取 i= 1 . 1 ~ 1 . 3 。

　　5 . 2 . 9 弹簧其他几何参数的计算

　　5 . 2 . 9 . 1 弹簧展开长度，按公式(13)计算：

　　L …………………………( 13 )

　　5 . 2 . 9 . 2 三(四)股钢丝展开长度，按公式(14)计算：

　　L …………………………( 14 )

　　5 . 3 设计实例

　　设计实例参见附录 A 。

　　6 技术要求

　　6 . 1 弹簧制造

　　6 . 1 . 1 压缩弹簧与扭转弹簧的钢索拧向应与弹簧旋向相反，拉伸弹簧的钢索拧向应与弹簧旋向相同 。

　　6 . 1 . 2 拧钢索和缠弹簧可在专用机床上同时进行，亦可分为两道工序分别进行 。

　　6 . 1 . 3 弹簧需要焊接簧头时，应在产品图样中注明 。不带支承圈的弹簧，不应焊接簧头 。

　　6 . 1 . 4 焊接簧头时可 用 铜 焊 或 气 焊 。 用 铜 焊 时，焊 接 部 位 长 度 应 小 于 二 倍 钢 索 索 径(最 长 不 应 大 于10 mm),加热长度应小于 1 个簧圈，焊后应打磨平滑 。用气焊时，焊接部位应低温回火 。

　　6 . 1 . 5 不焊簧头的弹簧，端头钢索不应有明显的松散 。端头应去毛刺或倒棱 。

　　6 . 2 尺寸及极限偏差

　　6 . 2 . 1 钢索索径及钢索索距

　　6 . 2 . 1 . 1 当拧钢索和缠弹簧同时进行时，钢索索径与钢索索距作为参考值，但钢索索距应均匀 。

　　6 . 2 . 1 . 2 当拧钢 索 和 缠 弹 簧 分 两 道 工 序 进 行 时，钢 索 索 径 与 钢 索 索 距 的 极 限 偏 差 应 在 产 品 图 样 中注明 。

　　6 . 2 . 2 弹簧外径或内径的极限偏差按表 6 的规定 。

　　4

　　表 6 单位为毫米

　　旋绕比

　　弹簧组别

　　Ⅰ

　　Ⅱ

　　极限偏差

　　≤4

　　±0 . 015D最小±0 . 2

　　±0 . 025D最小±0 . 4

　　>4 ~ 8

　　±0 . 02D最小±0 . 3

　　±0 . 03D最小±0 . 5

　　>8 ~ 15

　　±0 . 03D最小±0 . 5

　　±0 . 04D最小±0 . 7

　　6 . 2 . 3 自 由高度(长度)、自 由角度

　　6 . 2 . 3 . 1 压缩(拉伸)弹簧自由高度(长度)的极限偏差按表 7 规定 。 当规定测定两点(F1 、F2 ) 或两点以上负荷时，则弹簧的 自 由高度(长度)作为参考值 。

　　表 7 单位为毫米

　　自 由高度(长度)H0

　　弹簧组别

　　Ⅰ

　　Ⅱ

　　极限偏差

　　≤50

　　±0 . 06H0

　　±0 . 08H0

　　>50 ~ 100

　　±0 . 05H0

　　±0 . 06H0

　　>100 ~ 300

　　±0 . 04H0

　　±0 . 05H0

　　>300 ~ 500

　　±0 . 03H0

　　±0 . 04H0

　　6 . 2 . 3 . 2 扭转弹簧自由角度的极限偏差，按表 8 的规定 。

　　表 8 单位为度

　　有效圈数 n

　　弹簧组别

　　Ⅰ

　　Ⅱ

　　极限偏差

　　≤3

　　± 10

　　± 15

　　>3 ~ 10

　　± 15

　　± 20

　　>10 ~ 20

　　± 20

　　± 30

　　>20 ~ 30

　　± 30

　　±40

　　6 . 2 . 4 总圈数

　　弹簧总圈数的极限偏差，按表 9 的规定 。

　　表 9 单位为圈

　　总圈数 n1

　　弹簧组别

　　Ⅰ

　　Ⅱ

　　极限偏差

　　≤15

　　±0 . 25

　　±0 . 50

　　>15 ~ 30

　　±0 . 50

　　±0 . 75

　　>30 ~ 50

　　±0 . 75

　　± 1 . 00

　　>50

　　± 1 . 00

　　± 1 . 50

　　5

　　6 . 2 . 5 弹簧尺寸的极限偏差，必要时可以不对称使用，其公差值不变 。

　　6 . 2 . 6 节距均匀度

　　在自由状态下，压缩弹簧节距应均匀，弹簧在压缩到全变形量的 80%时，其正常节距圈不得接触 。

　　6 . 2 . 7 压并高度

　　压缩弹簧压并高度的极限偏差，应包括钢索索径偏差，圈数偏差和簧圈弯曲度引起的轴向偏差 。压并高度一般不作规定，当需要规定时，应在产品图样中注明 。

　　6 . 2 . 8 端部

　　6 . 2 . 8 . 1 压缩弹簧应按产品图样规定的要求和方法压平支承圈，有效圈与支承圈末端的间距(δ) 应在产品图样中注明 。

　　允许用加热的方法压平支承圈，但加热部位不应影响有效圈 。

　　6 . 2 . 8 . 2 拉伸弹簧与扭转弹簧不允许用加热的方法弯曲端部 。

　　6 . 3 弹簧特性及极限偏差

　　6 . 3 . 1 弹簧特性

　　极限偏差的选取，当产品图样未规定弹簧特性与尺寸的偏差时，按弹簧的组别分别选取 。

　　6 . 3 . 1 . 1 在指定高度或变形量下的负荷，弹簧变形量应在试验负荷下变形量的 20% ~ 80%之间 。

　　6 . 3 . 1 . 2 图样规定需要测量弹簧刚度时，弹簧变形量应在试验负荷下变形量的 30% ~ 70%之间 。

　　6 . 3 . 2 极限偏差

　　6 . 3 . 2 . 1 压缩(拉伸)弹簧，指定高度(长度)时的负荷(F)的极限偏差，按表 10 规定 。

　　6 . 3 . 2 . 2 扭转弹簧指定角度时的扭矩(T)的极限偏差，按表 10 规定 。

　　表 10

　　组别

　　极限偏差

　　Ⅰ 组弹簧

　　±10% F

　　±10%T

　　Ⅱ组弹簧

　　±15% F

　　±15%T

　　6 . 3 . 3 弹簧特性的极限偏差，根据供需双方协议，可以不对称使用，其公差值不变 。

　　6 . 4 外观

　　弹簧表面不应有裂纹 、层裂 、结疤 、锈蚀及端部因加热而产生的缺陷 。允许存在因加工而产生的深度不超过钢丝直径公差之半的局部纵向划痕，弹簧内表面允许存在因加工而产生的轻微压痕 。

　　6 . 5 热处理

　　弹簧在成形后均应进行去应力退火，退火次数不限，硬度不予考核 。

　　6 . 6 表面处理

　　弹簧表面处理应在产品图样中注明，表面处理的介质 、方法应符合相应的环境保护法规，但弹簧应尽量避免采用可能导致氢脆的表面处理，弹簧不宜进行喷丸处理 。

　　6 . 7 速压或疲劳寿命

　　100%承受速压试验的弹簧，折断数应小于 2% 。疲劳寿命按图样要求 。

　　6 . 8 其他

　　根据需要，可在产品图样中注明下列要求：

　　a) 立定处理;

　　b) 强压处理;

　　c) 加温强压处理;

　　d) 疲劳试验 。

　　6 . 9 根据特殊需要，由供需双方协议，可提出本标准以外的技术要求及试验或检验项 目，并在产品图样中注明 。产品典型图样见附录 B 。

　　6

　　GB/T 13828—2009

　　7 试验方法

　　7 . 1 钢索索径与钢索索距

　　7 . 1 . 1 当拧钢索和缠弹簧同时进行时，钢索索径与钢索索距可不检验，目测钢索索距应均匀 。

　　7 . 1 . 2 当拧钢索和缠弹簧分两道工序进行时，应用通用或专用量规检验钢索索径和钢索索距 。

　　7 . 2 直径

　　弹簧直径用通用或专用量规测量 。

　　7 . 2 . 1 用塞规检验弹簧内径时，弹簧在自由状态下，塞规应 自 由通过 。塞规长度一般应比弹簧自由高度长 10%以上 。

　　7 . 2 . 2 用环规检验弹簧外径时，弹簧在工作状态下，环规应 自 由通过 。环规高度一般应比弹簧压并高度低 10% 。

　　7 . 2 . 3 用通用量规检验弹簧外径时，量规的测量面应大于 1 . 5 倍弹簧节距 。