《机械设计基础 》课件第17章

17.1概述17.2圆柱螺旋拉、压弹簧的应力与变形17.3弹簧的材料、许用应力和制造17.4圆柱螺旋拉、压弹簧的设计17.5其他弹簧简介习题17.1.1弹簧的功用

弹簧是一种弹性元件，它是利用材料的弹性和结构特点，通过变形和储存能量来进行工作的。与多数零件的要求相反，弹簧通常要求刚度小，弹性大，能多次重复地随外载荷的大小做相应的弹性变形，卸载后又能立即恢复原状。其主要功用是：①吸收振动和冲击能量，例如车辆中的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧；②控制机械的运动，例如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧；③储蓄能量，例如钟表弹簧；④测量力的大小，例如弹簧秤和测力器中的弹簧等。17.1概述17.1.2弹簧分类

弹簧种类很多，按照所承受的载荷不同，可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按照形状的不同，可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧和涡卷形弹簧等；按材料的不同可分为金属弹簧和非金属弹簧等。

螺旋弹簧用弹簧丝卷绕而成，由于制造简便，易于检测和安装，因此适用范围广。这种弹簧既可制成拉伸弹簧(见图17-1(a))，又可制成拉压缩弹簧(见图17-1(b)、(c))，

还可制成扭转弹

簧(见图17-1(d))。图17-1螺旋弹簧(a)拉伸弹簧；(b)圆柱压缩弹簧；(c)圆锥压缩弹簧；(d)扭转弹簧环形弹簧(见图17-2(a)和碟形弹簧(见图17-2(b))都是压缩弹簧，因工作过程中一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上，故具有很高的缓冲吸振能力。碟形弹簧常用于载荷大且轴向尺寸受限制的地方；环形弹簧常用作重型列车、锻压设备和飞机着陆装置中的缓冲弹簧。图17-2其他几种常见弹簧(a)环形弹簧；(b)碟形弹簧；(c)盘簧；(d)板弹簧平面涡卷弹簧又称为盘簧(见图17-2(c))，常用于受载不很大而轴向尺寸又很小的场合，在各种仪器和钟表中广泛地用作储能装置。

板弹簧(见图17-2(d))由许多长度不同的钢板叠合而成，主要受弯曲作用，常用于受载方向尺寸受限而变形量又较大的地方。由于板弹簧有较好的吸振能力，因此在汽车、拖拉机和铁路车辆的悬挂装置中应用很普遍。

一般机械中，最常用的是用圆截面金属丝绕成的圆柱螺旋弹簧。本章主要介绍圆截面金属丝绕成的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的结构形式及设计计算方法。圆柱螺旋拉、压弹簧的受载方向及变形方向均为弹簧轴线方向，两者的应力和变形计算相同。现以圆柱螺旋压缩弹簧为例进行分析。17.2圆柱螺旋拉、压弹簧的应力与变形17.2.1圆柱螺旋弹簧的应力计算

图17-3所示为圆柱螺旋压缩弹簧受力分析图，轴向力F作用在弹簧的轴线上，弹簧丝是圆截面，直径为d，弹簧中径为D2

。由于弹簧的螺旋升角α一般都不大(压缩弹簧α≈6°～9°)，因此可近似认为通过弹簧轴线的截面就是弹簧丝的横截面。图17-3圆柱螺旋压缩弹簧受力分析图由力平衡条件可知，弹簧丝横截面上作用着剪力F和扭矩T＝FD2/2。如果不考虑弹簧丝的弯曲，把弹簧丝当作直杆处理，以WT表示弹簧丝的抗扭截面系数，则扭矩T在截面上引起的最大扭切应力为

由切向力F引起的切应力为均匀分布，其值为

故弹簧丝横截面上的应力分布如图17-4(a)中直线1所示，最大切应力发生在弹簧丝的内侧，即靠近弹簧轴线的一侧，其值为令C＝D2/d，则簧丝截面上的最大剪切力为(17-1)图17-4弹簧丝的应力(a)簧丝横截面上的应力分布；(b)扭转变形实际上弹簧丝不是直杆。如图17-4(b)所示，在扭矩T作用下，若截面a—a′相对于b—b′转过一个小角度，则由于内侧的纤维长度比外侧的短(即ab＜a′b′)，因此内侧单位长度的扭转变形就比外侧的大，内侧的扭切应力也大于直杆的扭切应力τ″，而外侧则反之。真实的应力分布如图17-4(a)中曲线2所示。分析表明，弹簧丝横截面内侧的最大切应力及弹簧的强度条件为(17-2)式中，D2为弹簧的中径(mm)；d为弹簧丝直径(mm)；

C为旋绕比或弹簧指数，是衡量弹簧曲率的重要参数，C＝D2/d；［τ］为材料的许用切应力(MPa)，见表17-2；K为考虑弹簧丝曲率影响的曲度系数(瓦尔系数)，其值与旋绕比C有关，式中第一项反映了簧丝曲率对扭切应力的影响，第二项反映了因τ″不均匀分布对内侧应力产生的影响。K值可根据旋绕比C直接从表17-1查出。

于是弹簧丝直径(17-3)表17-1圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的曲度系数17.2.2圆柱螺旋弹簧的变形计算

如图17-5(a)所示，在轴向载荷F的作用下，弹簧产生轴向变形λ。截取微段弹簧丝ds，如图17-5(b)所示，因弹簧螺旋升角α一般很小，故可以近似认为半径oc1、oc2和微段弹簧丝的轴线ds在同一平面内。微段ds受扭矩T后，若两端截面相对转过d角，则半径oc2也相对于半径oc1扭转了一个角度d，使点o移到o′，从而使弹簧产生相应的轴向变形dλ。积分后可得弹簧的轴向变形量为(17-4)式中，G为弹簧材料切变模量(钢为8×104MPa，青铜为4×104MPa)；其他符号意义同前。积分ds是弹簧的总长度l。若弹簧的有效圈数(参与变形的圈数)为n，则l≈πD2n。图17-5弹簧的变形(a)轴向变形；(b)截取微段弹簧丝使弹簧产生单位变形量所需的载荷称为弹簧刚度k，即(17-5)

从式(17-5)可以看出，当其他条件相同时，旋绕比C越小，弹簧刚度越大；反之，则弹簧刚度越小。若C值过小，则会使弹簧卷绕困难，并在弹簧内侧引起过大的扭应力；若C值过大，则弹簧容易颤动，所以旋绕比C应控制在4～16之间，常用的范围为C＝5～8。于是弹簧有效圈数为(17-6)如果n＜15，则取n为0.5圈的倍数；如果n＞15，则取n为整圈数。弹簧的有效圈数最少为2圈。式(17-4)、(17-6)适用于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧。对于有预应力的拉伸弹簧，应以F-F0(F0为初拉力)代替式中的F。17.3.1弹簧的材料

弹簧在机械中常承受具有冲击性的变载荷，为了使弹簧能可靠地工作，其材料除应具有较高的弹性极限和疲劳极限外，还必须具有足够的冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性。常用的弹簧材料有优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金。几种常用螺旋弹簧材料的使用性能见表17-2。表17-3给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。17.3弹簧的材料、许用应力和制造表17-2螺旋弹簧常用材料的使用性能表17-3碳素弹簧钢丝的拉强度极限10MPa此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。

选择弹簧材料应充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受载荷的性质、大小、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。一般应优先采用碳素弹簧钢丝，当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。17.3.2弹簧的许用应力

影响弹簧许用应力的因素很多，除材料品种外，材料质量、热处理方法、载荷性质、弹簧工作条件、重要程度以及弹簧丝尺寸等，都是确定许用应力时应予以考虑的。

通常，弹簧按载荷性质分为三类：

(1)Ⅰ类弹簧——受变载荷作用次数在106次以上或很重要的弹簧，如内燃机气门弹簧、电磁制动器弹簧。

(2)Ⅱ类弹簧——受变载荷作用次数在103～105次及受冲击载荷的弹簧或受静载荷的重要弹簧，如调速器弹簧、安全阀弹簧、一般车辆弹簧。

(3)Ⅲ类弹簧——受变载荷作用次数在103次以下的，即基本上受静载荷的弹簧，如摩擦安全离合器弹簧等。

设计弹簧时，可根据所选择的材料及弹簧的类别，由表17-2确定其许用应力。17.3.3弹簧的制造

螺旋弹簧的制造过程包括卷绕、两端面加工(指压簧)或挂钩的制作(指拉簧和扭簧)、端面的制作与精加工、热处理和工艺性试验等，重要的弹簧还要作强压处理。

大批生产时，弹簧的卷制是在自动机床上进行的，小批量生产则常在普通车床上或者手工卷制。弹簧的绕制方法分为冷卷和热卷两种。当弹簧丝直径d≤8mm时，常用冷卷法。冷卷时，一般用冷拉并预先热处理的优质碳素弹簧钢丝在常温下卷成，卷绕后一般不再进行淬火处理，只需低温回火消除内应力。直径较大(d＞8mm)的弹簧则用热卷法绕制。在热态下卷制的弹簧，卷成后须经过淬火和回火处理。弹簧的疲劳强度与抗冲击强度在很大的程度上取决于弹簧的表面状况，所以，弹簧丝表面必须光洁，没有裂纹和伤痕等缺陷。由于表面脱碳会严重影响材料的疲劳强度和抗冲击性能，因此，脱碳层深度和其他表面缺陷都须在验收弹簧的技本条件中详细规定。

对于重要的弹簧，还要进行工艺检验和冲击疲劳等试验。为提高弹簧的承载能力，可将弹簧在超过工作极限载荷下进行强压处理(受载6～48h)，以便在簧丝内产生塑性变形和有益的残余应力。由于残余应力的符号与工作应力相反，因而弹簧在工作时的最大应力比未经强压处理的弹簧小。一般经过一次强压处理的弹簧，其承载能力可提高约25％；若经喷丸处理，则可提高20％。但需注意，为保持有益的残余应力，强压处理后不应作其他热处理。因强压处理后的弹簧不耐腐蚀，在高温、振动情况下，残余应力也不稳定，故经强压处理的弹簧也不宜工作在较高温度、长期振动和有腐蚀性介质的场合。弹簧设计的任务是选择材料，确定簧丝直径、弹簧圈数、变形量、结构尺寸和必要的工作性能计算等。

17.4.1圆柱螺旋弹簧的参数及几何尺寸

如图17-6所示，圆柱螺旋弹簧的主要尺寸有簧丝直径d、弹簧外径D、弹簧内径D1、弹簧中径D2、节距t、螺旋升角α、自由长度H0等。17.4圆柱螺旋拉、压弹簧的设计图17-6圆柱螺旋弹簧的几何尺寸弹簧设计中，旋绕比C(C＝D2/d)是最重要的参数之一。旋绕比愈小，刚度愈大，弹簧愈硬，弹簧内外侧的应力相差愈大。弹簧的中径，内径和外径可用旋绕比表示，即(17-7)

压缩弹簧在自由状态下，各圈间均留有一定的间距δ，以备受载时变形(见图17-6)。通常，弹簧两端各有0.75～1.25圈并紧，以使弹簧站得平直。工作时，这几圈不参与变形，称为支承圈或死圈。支承圈端面与弹簧座接触，最常见的支承圈端部结构有并紧磨平端(见图17-7(a))和并紧不磨平端(见图17-7(b))两种。为使弹簧端面和轴线垂直，重要用途的压缩弹簧应采用前一种结构。图17-7压缩弹簧端部结构(a)并紧磨平；(b)并紧不磨平支承圈的磨平长度一般应不小于0.75圈，末端厚度应近于0.25d。有支承圈的弹簧，其总圈数为

n1＝n＋(1.5～2.5)

(17-8)

n1的尾数推荐为0.5圈。弹簧节距一般按下式取：(17-9)式中，λmax为弹簧的最大变形量；δ1为最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d。

弹簧丝间距为

δ=t-d

(17-10)

弹簧螺旋升角为(17-11)通常取α＝5°～9°。弹簧自由长度为(17-12)

弹簧丝材料的长度为(17-13)式中，l为钩环尺寸。圆柱螺旋弹簧承压时，如果弹簧自由高度H0和中径D2的比例不当，则会丧失稳定而无法工作，如图17-8(a)所示。为了保证压缩弹簧的稳定性，弹簧的高径比b＝H0/D2不应超过许用值。通常，弹簧两端均为回转端时，b≤2.6；两端固定时，b≤5.3；一端固定另一端回转时，b≤3.7。当b大于许用值时，弹簧可能产生侧弯现象，为避免弹簧失稳，应在弹簧内部加导向杆(见图17-8(b))或在外部加导向套(见图17-8(c))。导向杆和导向套与弹簧的间隙不应过大，工作时需加油润滑。图17-8弹簧失稳及其防止方法

(a)失稳；(b)加导向杆；(c)加导向套对于拉伸弹簧，卷制时已使各圈相互并紧，即δ＝0。为了增加弹簧的刚性，多数拉伸弹簧在制成后已具有初应力。拉伸弹簧端部做有挂钩，以便安装和加载。挂钩的形式很多，常用的见图17-9。图17-9拉伸弹簧的端部结构(a)半圆钩环形；(b)圆钩环形；(c)可转钩环形；(d)带螺旋块图(a)的半圆钩环形和图(b)的圆钩环形结构制造方便，但挂钩上的弯曲应力较大，只适用于中小载荷和不重要的地方。图(c)所示为两端具有可转钩环形，它的挂钩是另外装上去的活动钩，故挂钩下端及弹簧端部的弯曲应力较前述两种小。图(d)为可调式拉伸弹簧，它具有带螺旋块的挂钩。图(c)、(d)所示挂钩适用于受变载荷场合，但成本较高。

图17-10是改进的挂钩形式，其端部弹簧圈直径逐渐减小，因而弯曲应力也相应减小。图17-10改进的挂钩圆柱螺旋拉伸弹簧结构尺寸的计算公式与压缩弹簧相同，但在使用公式时应注意拉伸弹簧的间距δ＝0，计算弹簧丝展开长度和弹簧自由高度时应把挂钩部分的尺寸计入。17.4.2圆柱螺旋弹簧的特性曲线和刚度

弹簧在弹性范围内工作时，其变形量随载荷的变化而变化。表示弹簧工作过程中所受载荷与变形量之间关系的曲线，称为弹簧的特性曲线。对于拉簧或压簧，载荷是拉力或压力，变形是指弹簧伸长量或压缩量；对于扭转弹簧，载荷是指扭矩，变形是指扭角。常见的弹簧特性曲线有图17-11所示的四种。图17-11常见的弹簧特性曲线由17.2节可知，等节距圆柱螺旋弹簧在弹性变形范围内，其变形λ和载荷F成正比，即两者间为直线关系。图17-12所示为圆柱螺旋压缩弹簧及其特性曲线。

弹簧未受载荷时的自由高度为H0。为使弹簧能可靠地稳定在工作位置上，安装时通常预加一初始载荷F1，此时弹簧的高度由H0被压缩到H1，其压缩量为λ1。弹簧工作时，在最大工作载荷F2作用下，弹簧高度被压缩到H2，相应的压缩量为λ2，弹簧的工作行程为h＝λ2-λ1。为保证弹簧安全可靠地工作，在F2作用下弹簧丝中所产生的应力不应超过材料的许用应力［τ］。当弹簧的载荷增加到极限载荷Flim时，弹簧高度被压缩到Hlim，其压缩变形量为λlim，此时弹簧丝中的应力刚好达到材料的弹性极限。图17-12圆柱螺旋压缩弹簧及其特性曲线设计弹簧时，弹簧的初始载荷通常取为F1＝(0.2～0.5)F2

。最大工作载荷F2按工作要求确定，但为保证弹簧的正常工作，应使F2≤0.8Flim。

可以看出，对于等节距的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧，其特性线为一斜直线，即弹簧所产生的变形量λ与其所承受的载荷F成正比关系，故刚度k＝F1/λ1＝F2/λ2＝…=常数，这种弹簧称为定刚度弹簧。在加载过程中，弹簧所储存的能量称为变形能E，即图17-12中灰色区域的面积。

弹簧的特性曲线应绘制在弹簧的工作图上，作为检验与试验的依据之一。同时还可在设计弹簧时，利用特性线进行载荷与变形关系的分析。17.4.3设计计算步骤

设计时，通常已知条件为弹簧所承受的最大工作载荷F2和相应的变形量λ2，以及其他方面的要求(如空间位置的限制、工作温度等)。当材料及结构形式选定以后，可由表查出切变模量G和许用切应力［τ］等。弹簧旋绕比C一般由设计者酌情选定。

在计算拉伸弹簧时，考虑到端部钩环弯曲应力的影响，拉伸弹簧的许用应力值应适当降低，一般可取为压缩弹簧的80%。对于压缩弹簧，在受最大工作载荷时不应产生侧弯。因此，必要时需对压缩弹簧进行稳定性计算。

下面以螺旋压缩弹簧为例说明弹簧的设计计算步骤。例17-1

供蒸煮器用的立式小锅炉的炉顶采用微启式弹簧安全阀(见图17-13(a))。要求阀座通径D0＝32mm，阀门起跳汽压p1＝0.33MPa，阀门行程λ0＝2mm，全开时弹簧受力F2＝340N，弹簧的内径D1＞16mm。试设计此安全阀上的压缩弹簧。若现有d＝4mm的60Si2Mn钢丝，问能否使用？图17-13微启式弹簧安全阀及其特性曲线(a)弹簧安全阀；(b)特性曲线

解

(1)分析已知条件。①该弹簧用于安全阀，是重要弹簧，故按Ⅱ类载荷计算。②弹簧所受最小工作载荷F1(即安装位置的压力)应等于起跳时的压力，即③由图17-13(b)可求得所需的弹簧刚度为

弹簧在最大工作载荷F2作用时的变形量为④要求D1＞16mm。

(2)确定弹簧各参数。

①选择材料。依题意材料60Si2Mn，由表17-2查得［τ］＝640MPa，τlim≤1.25［τ］＝800MPa。

②确定簧丝直径d。因要求D1＞16mm，设d的大小为题中现有钢丝直径(d＝4mm)，暂取D2＝D1＋d＝22mm，则C＝D2/d＝22/4＝5.5，查表17-1得K＝1.28。将各值代入式(17-3)，得

由此说明采用4mm的钢丝能满足强度条件(若不受现成材料限制时，可考虑取d＝3.5mm)。③决定弹簧的圈数n。由式(17-6)得④计算其他尺寸。利用式(17-7)～(17-13)可算出内径：D1＝D2－d＝22－4＝18mm(大于16mm，符合要求)外径：D＝D2＋d＝22＋4＝26mm间距：δ≥＋0.1d＝＋0.1×4＝1.8，取δ＝3mm节距：

t＝δ＋d＝3＋4＝7mm

螺旋升角：

两端各并紧一圈并磨平，则总圈数为

n1＝6.5＋2＝8.5圈

弹簧丝展开长度：

自由高度：

H0＝nδ＋(n1－0.5)d＝6.5×3+(8.5-0.5)×4＝51.5mm

验算稳定性：

弹簧受载荷F1时的初始变形量:

安装高度:

H1＝H0－λ1＝51.5－7.1=44.4mm

(3)绘制弹簧的特性曲线与工作图(见图17-14)。图17-14弹簧工作图

在特性曲线图上一般应标注F1、F2、Flim及对应的变形量。由式(17-2)和式(17-5)可得17.5.1圆柱螺旋扭转弹簧

圆柱螺旋扭转弹簧的基本部分与圆柱螺旋压缩弹簧相同，只是扭转弹簧所受的外力为绕弹簧轴线的力矩T，所产生的变形是扭角φ。扭簧主要用于压紧、储能或传递扭矩，例如使门上铰链复位，电机中保持电刷的接触压力等。为便于加载，其端部结构常做成图17-15所示的结构形式。17.5其他弹簧简介图17-15扭转弹簧的端部结构(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三

如图17-16所示，当扭转弹簧受外加扭转力矩T时，由于弹簧的螺旋升角α很小，因此可以近似认为弹簧簧丝截面只承受弯矩M，其值等于外加扭转力矩T。应用曲梁弯曲理论，可求得圆截面弹簧簧丝的最大弯曲应力σ，其强度条件为(17-14)式中，K1为曲度系数，K1＝；W为弯曲截面系数；d为弹簧丝直径；M为承受的扭矩；［σ］为弹簧丝材料的许用弯曲应力，［σ］＝1.25［τ］，［τ］值见表17-2。图17-16扭转弹簧的载荷扭转弹簧受外加转矩T后，弹簧簧丝产生的角变形φ与圆柱拉、压弹簧类似，其值与载荷M成正比。由梁受弯时的偏转角方程可求得其角变形φ的计算式为(17-15)式中，E为弹簧材料的弹性模量(钢：E＝2.06×105MPa)；

I为弹簧簧丝截面的轴惯性矩，I＝πd4/64；其余符号同前。

利用上式可求出所需要的弹簧圈数。

在自由状态下，扭转弹簧各弹簧圈之间应留有少量间隙(δ＝0.5mm)，以免工作时各圈之间彼此接触产生摩擦与磨损，影响其特性曲线。扭转弹簧的旋向应与外加力矩的方向一致。这样，位于弹簧内侧的最大工作应力(压应力)与卷绕时产生的残余应力(拉应力)反向，从而可提高承载能力。扭转弹簧受载后，平均直径D2会缩小。对于有心轴的扭转弹簧，为了避免受载后“抱轴”，心轴和弹簧内径间必须留有足够的间隙。17.5.2碟形弹簧

如图17-17(a)所示，碟形弹簧的外形像无底的碟子，用薄钢板冲制而成。通常把弹簧片装在导杆上或套筒中，当弹簧受到沿周边均匀分布的轴向力F时，内锥高度h变小，相应地产生轴向变形λ。碟形弹簧的主要特点是变形量小，承载方向空间尺寸小。图17-17碟形弹簧(a)外形图；(b)特性曲线碟形弹簧具有变刚度特性，其特性曲线如图17-17(b)所示。当D1、D和t一定时，随弹簧高度h和簧片厚度t的比值不同，特性曲线也不相同。利用这一点，可满足多种需要，例如，当h/t≈1.5时，曲线的中间部分接近于水平，这就提供了在一定变形范围内保持载荷恒定的方法。例如在精密仪器中，可利用碟形弹簧使轴承端面摩擦力矩不受温度变化的影响；在密封垫圈中也可利用这一特性使密封性能不因温度变化而削弱。又如当h/t≥2时，特性曲线经过高峰后下降，显出负刚度，即越过高峰值后，外载降低，变形仍然增大。利用这个特点来操纵大行程机构特别省力。由于单片碟形弹簧的变形量与承载能力都较小，因此实际应用时，往往把碟形弹簧片组合起来使用。要求大变形时，可采用对合式组合(见图17-18(a))，这时变形量随着片数的增加而增加，但承载能力不变；要求承受较大载荷时，可采用叠合式组合(见图17-18(b))，这时承载能力随着片数的增加而增加，但变形量不变；如欲同时增加变形量和承载能力，则可采用复合式组合(见图17-18(c))。同样尺寸的碟形弹簧片，在不同组合时能获得许多不同的弹簧特性，以适应不同的使用要求。组合碟形弹簧在工作过程中，由于其弹簧片间存在摩擦，因而其加载和卸载的特性曲线不重合(见图17-18(d))。因为在一次变形与恢复过程中能消耗较大的能量(图17-18(d)中灰色区域)，所以特别适用于缓冲和吸振。图17-18碟形弹簧的组合形式(a)对合式；(b)叠合式；(c)复合式；(d)特性曲线目前，碟形弹簧常用作重型机械、飞机等的强力缓冲弹簧，还在离合器、减压阀、密封圈和自动化控制机构中获得应用。

关于碟形弹簧的设计计算可参阅有关设计手册。图17-19环形弹簧17.5.3环形弹簧

如图17-19所示，环形弹簧是由带内、外锥面的圆环组合而成的一种压缩弹簧。当承受轴向载荷F时，内、外环接触的锥面间将产生很大压力，使内环直径减小，外环直径增大，从而使弹簧产生了轴向变形(缩短)。当外载荷除去后，弹簧又恢复到原来尺寸。由于在加载过程中，内、外环锥面将产生很大摩擦力，消耗较大的能量，因而环形弹簧具有很大的缓冲、减振能力，是一种强力弹簧，所以常用于重型车辆和飞机起落架等缓冲装置中。

环形弹簧的内、外环均由优质碳钢或耐磨合金钢制成，需进行热处理。

17-1已知一圆柱螺旋压缩弹簧受Ⅱ类载荷作用，弹簧材料为Ⅱ组碳素弹簧钢丝，D＝40mm，d＝5mm