彈簧對於大夥來說，並不陌生，在多數的產品中很常用，因為它的力相對恆定，可控。
最常用到的產品有遙控器，電子玩具，夾子，還有就是電池蓋按鈕等。
這些都有用到彈簧來實現某種機構功能。
那麼彈簧又有哪些種類呢？
最常用的是三種，壓簧，拉簧，扭簧。除此之外還有氣門彈簧、懸架彈簧、膜片彈簧、減震彈簧、液壓彈簧、油泵彈簧、碟形彈簧、高溫彈簧、卡簧、渦卷簧以及異性彈簧等。
下面就壓簧，拉簧，扭簧進行介紹
【一】
彈簧的彈性係數與哪些因素有關？
彈性係數，即倔強係數（勁度係數）。它描述單位形變量時所產生彈力的大小。k值大，說明形變單位長度需要的力大，或者說彈簧「硬」。勁度係數又稱剛度係數或者倔強係數。勁度係數在數值上等於彈簧伸長（或縮短）單位長度時的彈力。
那麼有哪些因素會影響到彈簧的彈性係數呢？
我們先來了解下一般彈簧都有哪些參數，彈簧有線徑、外徑、內徑、圈數、材料等基本參數。
在以上的幾個參數中，他們對彈簧的彈性係數K值有著什麼關係呢？
1，彈簧的彈性係數。
2，彈簧的彈性係數與彈簧的外徑成反比，也就是彈簧的外徑越大，那麼他的彈性係數越小。
3，彈簧的彈性係數K值與彈簧的線徑的4次方成正比。
4，彈簧的彈性係數K值與彈簧的材料的彈性模量成正比。
5，彈簧的彈性係數K值與彈簧的有效圈數成反比。
因此我們在彈簧設計的過程中，可以根據以上關係來調整彈簧的結構來達到滿足需求的彈性係數。
【二】
彈簧的材料一般有哪些？
根據GB/T 13304《鋼分類》標準，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬於機械結構用鋼；按照質量等級，屬於特殊質量鋼，即在生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能的鋼。按照化學成分分類：
1、碳素彈簧鋼:多採用材質為：65#,70#、65Mn、82B、72A、72B鋼絲，特點是可塑性低，彈性強，抗應力能力強。
用 途：多用於席夢思床、汽車及各種靠墊、機械製造、文具電動工具、體育用械、扭簧用、拉簧用、電器設備等行業.
規格範圍：線徑 Φ0.20mm-Φ6.50mm，用於製造在冷狀態下纏繞成形而不經淬火的彈簧
2、合金彈簧鋼：合金彈簧彈鋼是用於製造制彈簧或者其他彈性零件的鋼種。彈簧一般是在交變應力下工作，常見的破壞形式是疲勞破壞，因此，合金彈簧鋼必須具有高的屈服點和屈強比（σs/ σb）、彈性極限、抗疲勞性能，以保證彈簧有足夠的彈性變形能力並能承受較大的載荷。
同時，合金彈簧鋼還要求具有一定的塑性與韌性，一定的淬透性，不易脫碳及不易過熱。一些特殊彈簧還要求有耐熱性、耐蝕性或在長時間內有穩定的彈性。
中碳鋼和高碳鋼都可作彈簧使用，但因其淬透性和強度較低，只能用來製造截面較小、受力較小的彈簧。合金彈簧鋼則可製造截面較大、屈服極限較高的重要彈簧。
在一些特定要求的場合，如在酸鹼度較高、潮溼的環境我們還經常用到不鏽鋼材料來製作彈簧。
常見彈簧的材料種類：
1、油淬火 回火彈簧鋼絲
2、碳素彈簧鋼絲
3、非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲
4、工具鋼冷軋鋼帶
5、回火彈簧鋼絲用熱扎盤條
6、鉻釩彈簧鋼絲
7、鉻釩合金彈簧鋼絲
8、矽錳合金彈簧鋼絲
9、火鉻矽合金彈簧鋼絲
10、矽錳彈簧鋼絲
11、鉻釩彈簧鋼絲
12、鉻矽彈簧鋼絲
13、 彈簧鋼鋼材
具體材料的標號、剪切模量、性能見下表：
【三】彈簧力度設計與計算
F=kx，F為彈力，k為勁度係數，x為彈簧拉長的長度
比如要測試一款5N的彈簧：用5N力拉勁度係數為100N/m的彈簧，則彈簧被拉長5cm
F=kx,k是勁度係數（單位為牛頓每米），x是彈簧伸長量（單位為米），這定律叫胡克定律
比如：一彈簧受大小為10N的拉力時，總長為7cm，受大小為20N的拉力時，總長為9cm，求原長和伸長3cm時受力大小。
是不是看上去好複查的樣紙，一頭霧水，而對於我們結構設計來說，重點是在現有的尺寸上滿足力度要求。OK，先從壓簧開始。
1，壓簧的計算
首先要明確我們所設計的彈簧有什麼要求，通過裝配件我們要確定我們的彈簧應當用什麼結構，外徑或是內徑大小，工作行程，載荷及工作環境。
彈簧參數
⑴彈簧絲直徑d：製造彈簧的鋼絲直徑。
⑵彈簧外徑D2：彈簧的最大外徑。
⑶彈簧內徑D1：彈簧的最小外徑。
⑷彈簧中徑D：彈簧的平均直徑。它們的計算公式為：D=（D2+D1）÷2=D1+d=D2－d
⑸t：除支撐圈外，彈簧相鄰兩圈對應點在中徑上的軸向距離成為節距，用t表示。
⑹有效圈數n：彈簧能保持相同節距的圈數。
⑺支撐圈數n2：為了使彈簧在工作時受力均勻，保證軸線垂直端面、製造時，常將彈簧兩端並緊。並緊的圈數僅起支撐作用，稱為支撐圈。一般有1.5T、2T、2.5T，常用的是2T。
⑻總圈數n1:有效圈數與支撐圈的和。即n1=n+n2.
⑼自由高H0：彈簧在未受外力作用下的高度。由下式計算：H0=nt+(n2-0.5）d=nt+1.5d(n2=2時）
⑽彈簧展開長度L：繞制彈簧時所需鋼絲的長度。L≈n1（ЛD2）2+n2（壓簧）L=ЛD2n+鉤部展開長度（拉簧）
⑾螺旋方向：有左右旋之分，常用右旋，圖紙沒註明的一般用右旋。
⑿彈簧旋繞比：中徑D與鋼絲直徑d之比。
字符含義
c = 彈簧直徑比 (c=D/d; c=D/b) [-]
b = 線寬 [單位：mm, in]
d = 線徑 [單位：mm, in]
D = 中心直徑 [單位：mm, in]
F = 彈簧負載 [單位：N, lb]
G = 剪切彈性模量[單位：MPa, psi]
h = 線高 [單位：mm, in]
k = 彈簧係數 [單位：N/mm, lb/in]
Ks= 曲線校正因數 [-]
L0 = 自由長度 [單位：mm, in]
LS = 固體高度 [單位：mm, in]
n = 有效圈數 [-]
p = 節距[單位：mm, in]
s = 彈簧變形[單位：mm, in]
Ø =形狀係數 t [-] (e.g. DIN 2090)
t =彈簧材料扭應力 [單位：MPa, psi]
OK，還是看不懂，下面根據軟體模擬與實列來學習:
比如：彈簧材料用的是SUS304，中經為2mm，線材直徑0.2mm，原始長度5mm，工作長度為4mm，最大壓縮到3mm。
根據軟體來分析一下它的力是多少？
聲明一下：不是打廣告，人家也沒有找我廣告，本來想馬賽克，但是考慮人家那麼辛苦的做出來，而且免費奉獻，還是值得給人家推廣的。這個是線上彈簧公式計算，真的蠻好用的。
根據上圖計算結果，可以看到力的參數，見下圖：
彈簧的K值為21.88g/mm。彈簧的工作狀態彈力為21.88g，極限彈力為43.75g。軟體計算也進行了N牛頓換算。
那麼這個參數就是我們需要的。
2，拉簧的計算
拉伸彈簧的拉力、變形和強度計算與壓縮彈簧基本相同，兩者只是受力、變形和應力的方向相反。因此，壓縮彈簧的基本計算公式同樣可以應用於拉伸彈簧。
初拉力與材料的種類、性能、直徑和彈簧的旋繞比、耳環的型式、長短以及彈簧的加工方法都有直接的關係。
用冷拔成形並經過強化處理的鋼絲且經冷捲成形後的拉伸密圈彈簧，都有一定的初拉力。
不鏽彈簧鋼絲與碳素彈簧鋼絲製成的彈簧比較，初拉力要小12%左右，彈簧消應力回火處理的溫度越高，初拉力越小；製成彈簧需要經熱處理淬火的拉伸彈簧就投有初拉力.
拉伸彈簧用於兩種基本設計：
1) 預壓彈簧
冷成型拉伸彈簧適合預應力加工，因此工作線圈封閉。預壓彈簧可以增加彈簧的負載容量。對於指定長度彈簧變形，必須使用無預壓的更高負載。預壓產生於彈簧線圈的卷繞過程中。尺寸大小依據使用的材料，彈簧指數和卷繞方式。
釋義：也就彈簧線圈與線圈是有間隙的，可以壓縮的。
2) 無內部預壓彈簧
由於技術原因如果沒有必要，可以使用松的線圈彈簧，沒有預壓 ，工作線圈之間有間隙。自由狀態下的線圈間距通常為 0.2*D < p < 0.4*D。
OK，根據公式再用軟體模擬一下
比如：彈簧材料用的是SUS304，一般彈簧彈簧，彈簧拉鉤長度5mm，中經為2mm，材料直徑為0.2mm，彈簧10圈，拉伸後長度最小6mm，最大7mm。
根據軟體來分析一下它的力是多少？
根據上圖計算結果，可以看到力的參數，見下圖：
彈簧的K值為17.5g/mm。彈簧的最大需要93.51g的拉力，最小要76.01g的拉力。軟體計算也進行了N牛頓換算。
那麼這個參數就是我們需要的。
彈簧收尾設計見以下參考圖
3，扭簧的計算
要想設計扭轉彈簧，那麼我們必須先了解扭簧參數以及工作中的一些技術要求。
下面我們對照扭簧參數圖來解釋一下這些基本參數
上面這個圖紙是個很典型的扭簧，其中包括了很多參數指標，下面一一講解：
d (彈簧線徑) :該參數描述了彈簧線的直徑，也就是我們說的彈簧鋼絲的粗細，默認單位mm。
Dd (心軸最大直徑)：該參數描述的是工業應用中彈簧軸的最大直徑，公差±2%。
D1 (內徑): 彈簧的內徑等於外徑減去兩倍的線徑。扭簧在工作過程中，內徑可以減小到心軸直徑，內徑公差±2%。
D (中徑): 彈簧的中徑等於外徑減去一個線徑。
D2 (外徑) : 等於內徑加上兩倍的線徑。扭簧在工作過程中，外徑將變小，公差(±2%±0.1)mm。
L0 (自然長度)：注意：在工作過程中自然長度會減小，公差±2%。
Tum (扭轉圈數)：彈簧繞制的圈數，圈數的不同直接影響扭簧的性能。扭簧的圈數越多扭力越小。
deg (原始角度)：扭簧的兩個扭腳之間的原始角度。上圖的原始角度為180°。
X1 (支承長度): 這是從彈簧圈身中軸到彈簧支承的長度，一般工作中是固定不動的，也就是我們所說的固定力臂，公差±2%。
X2 (施力長度)：這是從彈簧圈身中軸到彈簧施力點的長度，一般工作中是轉動的，也就是我們所說的施力力臂，公差±2%。
A1 (工作扭轉角度):扭轉彈簧的在工作中扭轉的角度。
An (最大扭轉角度):扭轉彈簧的最大扭轉角度。
F1 (工作負荷)：扭簧在工作角度A1時作用在扭轉彈簧支承上的作用力。
Fn (最大負荷)：允許作用在扭轉彈簧支承上的最大力，對應的是An最大扭轉角度時所需的作用力。
M1 (工作扭矩): 扭簧在工作角度A1時允許扭矩(牛頓*毫米)。
Mn (最大扭矩): 最大允許扭矩(牛頓*毫米)，對應的是An最大扭轉角度時的允許扭矩。
K (彈簧剛度): 這個參數確定彈簧工作時的阻力。單位牛頓 * 毫米/度，公差±15%。
A1 & F1 &M1 :(扭轉角度，負荷和扭矩) : 以下公式可算出扭轉角度A1 = M1/R. 知道負荷，可用公式M = F*Ls計算扭矩。
支承位置：扭轉彈簧的支承有四個位置：0°, 90°,180°和 270°(請看上圖)。
螺旋方向 : 右旋彈簧反時針方向旋，左旋彈簧順時針方向旋。我們的所有彈簧兩種旋向都可生產。
扭簧按兩種基本設計製造：緊和松（線圈間隙）。如果是靜態負載，緊湊的線圈為推薦選項。但是，工作線圈之間出現摩擦，這將導致彈簧壽命減少。另外，線圈的過於接近的間隙阻止彈簧完美噴丸。
OK，根據公式再用軟體模擬一下
比如：材料用的是SUS304，彈簧中經為5，線材直徑0.2，圈數10，固定角度90，臂長3，工作角度25度，預壓10度後為35度。
根據軟體來分析一下它的力是多少？
根據上圖計算結果，可以看到力的參數，見下圖：
彈簧的K值為0.16g/mm。旋轉後總長度為2.27mm，旋轉後直徑變成了4.7mm，最小扭力1.02g，最大扭力1.43g。
那麼這個參數就是我們需要的。
彈簧收尾設計見以下參考圖
【四】
彈簧表面處理與測試要求
【結語】
1，以上大部分信息來源於旭佳創彈簧網，很好的一個網站，基本滿足了結構設計需要的專業數據，所以，就沒有打碼處理，真的不是來打廣告的。
2，除了上面3種常用彈簧計算，其實上面還有金屬薄板彈力計算軟體模擬，見下圖：
有興趣可以去逛一逛。
3，如你有更好的彈簧模擬計算軟體，可以在後臺或者在分享群分享出來吧，在此謝過了！
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以上圖文素材部分來自旭佳創彈簧網，部分來自網絡，原作者不同意可刪，其他歸結構彈設計所有
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