带挂钩拉伸扭转弹簧结构设计

　　这类带双挂钩的扭簧结构，在日常设备维保和非标设计里出镜率极高，很多人容易把它和普通拉簧搞混，实际上它同时兼顾了轴向拉伸承载和周向扭转复位的双重特性，适配的场景比单一功能的弹簧要广很多。先从实际安装场景说，这类弹簧两端的弯钩结构，是直接卡接在设备的两个相对运动构件上的，不需要额外做弹簧座或者定位销，安装的时候只要把两个挂钩分别挂入对应构件的预留挂孔或者卡槽里就行，拆装效率比带固定端的弹簧高不少，在需要频繁更换易损弹性件的工位上，这种结构能大幅缩减维保停机的时间。

　　设计这类弹簧的时候，首先要算准两个挂钩的相对角度，很多新手建模的时候容易直接把两端挂钩做在同一条轴线上，实际装配的时候就会发现，当构件产生扭转动作时，挂钩根部会出现额外的附加弯矩，很容易在反复形变后出现断裂。建模时要根据实际工况的扭转行程，预先给弹簧本体设置对应的初始预扭角度，让弹簧在自由状态下就带有一定的预紧力，这样安装完成后，挂钩和安装位之间不会出现松脱旷量，设备运行过程中也不会因为振动产生异响。弹簧本体的螺旋升角不能照搬普通拉簧的参数，因为要同时承受拉伸和扭转的复合载荷，升角设置要比同线径的纯拉簧小1到2度，避免扭转时簧圈之间出现互相咬合的情况，影响复位精度。

　　从尺寸边界来说，这类弹簧的外径要比安装位的最小通过间隙小至少2毫米，因为弹簧在承受最大拉伸载荷的时候，外径会出现一定量的收缩，而承受最大扭转载荷的时候，外径又会出现微量的胀大，如果预留间隙不足，很容易出现弹簧和周边构件摩擦的情况，轻则加速弹簧表面磨损，重则出现卡滞导致功能失效。两端挂钩的开口尺寸要比被挂接的构件挂轴直径大0.5毫米左右，间隙太小会导致安装困难，间隙太大则会在动作过程中出现冲击，长期使用会把挂钩撞变形。挂钩的弯折半径不能小于线径的1.5倍，弯折处如果曲率过大，会产生严重的应力集中，往往弹簧还没达到设计的循环寿命，就会在弯折根部出现断裂。

　　实际应用里，这类弹簧常出现在小型设备的复位机构上，比如电器开关的触点复位、小型夹具的夹紧回弹、健身器材的阻力提供、门窗五金的定位回弹，甚至一些儿童玩具的动作机构里也能看到它的身影。和普通的单功能弹簧比，它能在有限的安装空间里同时提供两个方向的弹力，不需要在同一个位置布置两个不同功能的弹簧，能帮设计人员省出不少结构空间，这也是很多紧凑结构里优先选这类复合功能弹簧的原因。建模的时候要注意簧圈和挂钩过渡区域的曲率连续，不要在过渡位置出现硬折角，实际生产的时候这个位置是卷簧成型的关键控制点，如果过渡不顺畅，热处理的时候很容易在这个位置产生应力集中，直接影响成品的疲劳寿命。另外还要注意，弹簧两端的挂钩要做同轴度校验，两个挂钩的中心连线要和弹簧本体的轴线尽量重合，偏差过大的话，安装后弹簧在受力时会出现偏载，一侧的簧圈受力远大于另一侧，会大幅缩短使用寿命。在做受力仿真的时候，不能只单独计算拉伸或者扭转的单一载荷，要按照实际工况下的复合载荷来校核应力，尤其是挂钩和簧圈连接的位置，是整个零件应力最高的区域，安全系数要比簧圈本体高20%左右，才能保证长期使用的可靠性。