電器產品量大面廣，廣泛應用於國民經濟的各個部門，起著十分重要的作用。因此，要求電器產品必須具有較高的可靠性。彈簧是電器產品的關鍵零件，主要用作觸頭彈簧、緩衝元件及提供機構運動的動力。
圓柱螺旋壓縮彈簧在各種高低壓電器產品中更為常用，例如在一台cj20交流接觸器中，至少要用到10個圓柱螺旋壓縮彈簧。因而優良的電器產品是與彈簧的高可靠性分不開的。
本章敘述了電器中圓柱螺旋壓縮彈簧的可靠性設計的基本原理和方法，並將之與優化設計相結合，建立了彈簧可靠性優化設計的數學模型。並以cj20交流接觸器中的主觸頭彈簧為例，分別用區域性優化演算法和全域性優化演算法進行了設計計算，找到了全域性最優點，設計出了可靠性最高的彈簧，或使設計出的彈簧在能滿足一定工作壽命(迴圈次數n)的條件下達到一定可靠度要求時，體積最小、重量最輕、用材最省，且滿足其他各種效能要求。
對於工作條件已知的彈簧，其可靠性設計分為兩個方面：
⒈ 給定某一壽命時的可靠度r，設計彈簧的幾何引數；
⒉ 已知彈簧的幾何引數，計算給定壽命n時的可靠度r。
對於這兩方面的問題，均需要計算其應力分布和強度分布，再與聯結方程一起，就可進行可靠性設計。彈簧的應力、強度及各設計引數均可認為服從正態分佈，因而在設計時將之作為正態分佈變數處理。下面討論其應力分布和強度分布的確定方法及其可靠度的計算公式。
1. 以軸向載荷為主要引數
由常規設計可知，當螺旋彈簧受最大軸向載荷pmax時,其內側的最大剪應力為
3-1)
式中 d ——彈簧絲直徑；
d2 ——彈簧中徑；
c ——彈簧指數3-2)
k ——彈簧的曲度係數3-3)
pmax ——作用在彈簧上的最大軸向載荷。
由於簧絲直徑d的公差及一些隨機因素(如材料機械效能的差異、旋繞比的不同等)的影響，使捲繞後彈簧的回彈量不一致，造成簧圈尺寸的變化，這些尺寸的偏差將會引起較大的載荷偏差，故在可靠性設計中必須加以考慮。也就是說，在彈簧的可靠性設計中，幾何尺寸也應作為隨機變數處理。
剪應力的均值為
3-4)
式中：、、、分別為彈簧鋼絲直徑均值、彈簧中徑均值、彈簧的曲度係數均值、作用在彈簧上的最大軸向載荷均值。
剪應力的變異係數為
3-5)
式中：、、、vd分別為pmax、k、d2、d的變異係數。
剪應力的標準離差為
3-6)
各變數的均值及變異係數確定如下：
(1) 軸向載荷p
名義工作載荷就是載荷的均值；載荷的變異係數vp可按載荷的允許偏差±δp確定，
vp = (δp/33-7)
(2) 曲度係數k
曲度係數的均值按式(3-3)計算。標準離差sk可取sk = 0.045[52]，則其變異係數
3-8)
(3) 彈簧中徑d2
彈簧中徑均值按名義尺寸確定。對於冷拔碳鋼和不鏽鋼，彈簧中徑的標準離差可取= 0.0058，所以其變異係數= 0.0058。
(4)簧絲直徑d
簧絲直徑均值為其名義尺寸，其標準離差sd按規定的公差及「３σ原則」確定，其變異係數
3-9)
2. 以彈簧的變形量(f)為主要引數
彈簧變形量為
3-10)
所以3-11)
式中 g──彈簧材料的剪下彈性模量，其均值可根據材料手冊查出，其變異係數vg可取0.03；
──彈簧有效圈數均值；
──彈簧的最大變形量均值。
其變異係數可取v ＝0.015 0.05。
⒈確定靜強度分布
在圓柱壓縮螺旋彈簧的靜強度設計中，極限應力就是彈簧材料的扭轉屈服極限τs，而設計手冊中往往只給出強度極限σb，因而需要根據σb確定τs值。其方法如下：
τs與σb的關係為
當 c≤4時b=0.8σb；
當 4＜c ≤6時b=0.7σb3-12)
當 c ＞6時b=0.6σb；
其中 τb 為剪下強度極限， τb～n(，)
τs與τb的關係為
s=ατb3-13)
其中 α～n(0.9,0.0009)
即0.93-14)
3-15)
其中 s =0.03，≈0.05， 所以
0.0543-16)
2. 確定疲勞強度分布
彈簧的疲勞強度與載荷不對稱係數及工作壽命n有關。對於不同的不對稱係數下的疲勞強度可由極限應力圖得到；對於不同工作壽命時的疲勞強度可由疲勞曲線求得。方法如下：
⑴ 疲勞強度的極限應力圖
彈簧所受應力的最大值均值與最小值均值之比稱為載荷不對稱係數，即
3-17)
對於壓簧，≥0。=0時，即=0，這類應力稱為脈動迴圈應力，對應的材料疲勞極限用表示； = 1時，即=，這類應力為靜應力，對應的材料極限為屈服極限，用表示。
為了表示材料或零件在各種變應力作用下的疲勞能力，將對應於各種變應力的極限應力用圖形表示出來，稱為極限應力圖。以最小應力和最大應力表示的-極限應力圖，又稱古德曼(goodman)極限應力圖。- 極限應力圖表示出了對應於各種變應力的極限應力(如圖3-2所示)。
圖3-2中為材料的剪下強度極限，oc線為=1，ob線為=0。、、為三個不同的迴圈特徵，bd段為材料的疲勞極限連線，dg段為材料的屈服極限連線。為安全起見，設計時總考慮其較小的極限值。
由圖可見，當迴圈特徵在0～之間時，屈服極限大於疲勞極限， 故應考慮用疲勞極限；當＜＜1時，屈服極限小於疲勞極限，故應考慮用屈服極限。所以為臨界值，用表示，由圖3-2可推出
3-18)
圖3-2 -極限應力圖
設對應於某一迴圈特徵的疲勞極限為，若0≤≤則
3-19)
3-20)
式中為脈動迴圈疲勞極限應力的變異係數，假設對於同一壽命n，其疲勞極限應力的變異係數相同。
若≤≤1，則
3-21)
3-22)
由以上分析可知，繪製彈簧的極限應力圖，需要有脈動迴圈疲勞極限，剪下強度極限及屈服極限等資料。其中和可由靜強度資料求得；而脈動迴圈疲勞極限與迴圈次數(壽命)n有關，它可由疲勞曲線(-n曲線)求得。
⑵-n曲線
彈簧的脈動疲勞強度分布曲線如圖3-3所示。
圖3-3 脈動疲勞強度分布曲線
當n =次時，疲勞強度分布為。
s3 =βσb3-23)
當c≤4時, β～n(0.72,0.02)；
當4＜c≤6時, β～n(0.63,0.02)；
當c＞6時, β～n(0.54,0.02)，
其中c為旋繞比。所以
3-24)
3-25)
式中≈0.05b
其變異係數為3-26)
當n =次時，彈簧的剪下持久極限分布為，
0.3kf keb3-27)
圖3-4 應力集中修正係數曲線
式中 kf ——應力集中修正係數，可由圖3-4查得；
ke——工藝係數，ke =1+kp+kh；
其中 kp——噴丸強化係數,kp = 0.2；
kh——熱壓強化係數,kh = 0.2。
考慮到b的分布，可取
=0.05 (3-28)
其變異係數為
3-29)
低壓電器設計總結
16 注意模具進膠等方式造成的產品外觀不良的影響。新開彩鳳夜光模具 17 4.30日，王總誇獎某無牌公司118手感好，經事後拆開，跳板是那種類似於彩鳳的跳板，卡com極的的卡口給我印象較深，因為是一開單控，當跳板與l接通時，靠近l極的槽口要寬一些 較之開極側 我分析認為com極銅件接觸處，都不是豎直...
低壓電器設計標準
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低壓電器 培訓內容
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