基础弹簧知识

一、弹簧的作用(yòng)、种类及常用(yòng)符号和单位：

弹簧的作用(yòng)：定位、复原、缓冲或减振、冲击、动力、施力、调节压力、测力

弹簧的种类：

依材料分(fēn)為(wèi)：金属弹簧(钢弹簧、有(yǒu)色金属弹簧)，非金属弹簧

依弹簧形状分(fēn)為(wèi)：螺旋弹簧、片弹簧、蜗卷弹簧、板弹簧、环形弹簧、扭杆弹簧【进口波形弹簧】

依弹簧使用(yòng)条件分(fēn)為(wèi)：

Ⅰ类：受交变载荷作用(yòng)次数在106次以上，属于无限寿命计算范畴，应进行疲劳强度计算;

Ⅱ类：受交变载荷作用(yòng)次数在103~105次之间、受冲击载荷，属于有(yǒu)限寿命计算范畴;

Ⅲ类：受交变载荷作用(yòng)次数在103次以下，属静载强度计算范畴。

弹簧常用(yòng)符号和单位：

C ——螺旋弹簧旋绕比;碟簧直径比;系数【富士精密防松螺母】

D ——弹簧中径

D1——弹簧内径(ID)

D2——弹簧外径(OD)

d ——弹簧材料直径(線(xiàn)径)

G ——材料的切变模量(Mpa)

F”——弹簧的刚度(N/mm)

H ——弹簧工作高度

H0——弹簧的自由高度

T ——弹簧扭矩

t ——弹簧节距

二、弹簧的基本性能(néng)

弹簧是一种机械零件，它利用(yòng)材料的弹性和结构特点，在工作时产生变形，把机械功或动能(néng)转变為(wèi)变形能(néng)(位能(néng))，或把变形能(néng)(位能(néng))转变為(wèi)机械功或动能(néng)。【Hard Lock防松螺母】

弹簧适用(yòng)场合：

缓冲或减振，如破碎机的支撑弹簧和車(chē)辆的悬架弹簧等;

机械的储能(néng)，如钟表、仪表和自动控制机构上的原动弹簧;

控制运动，如气门、离合器、制动器和各种调节器上的弹簧;

测力装置，如弹簧称和动力计上的弹簧。

弹簧的特性線(xiàn)：载荷与变形之间的关系曲線(xiàn)称為(wèi)弹簧的特性線(xiàn)。

弹簧的特性線(xiàn)大致有(yǒu)三种：1)直線(xiàn)型 2)渐增型 3)渐减型

弹簧的刚度：载荷增量与变形增量之比，即产生单位变形所需的载荷，称為(wèi)弹簧的刚度。

压缩和拉伸弹簧的刚度為(wèi) K=(P2-P1)/(H1-H2)

扭转弹簧的刚度為(wèi)K=(T2-T1)/(扭转角2-扭转角1)

特性線(xiàn)為(wèi)渐增型的弹簧，刚度随着载荷的增加而增大;

渐减型的弹簧，刚度随着载荷的增加而减小(xiǎo);

直線(xiàn)型的弹簧，刚度则不随载荷变化而变化，也称為(wèi)弹簧常数。

弹簧的变形能(néng)

弹簧的变形能(néng)与弹簧材料的切变模量G和弹性模量E成反比，因此，低的模量对于要求大的变形能(néng)有(yǒu)利;变形能(néng)的大小(xiǎo)与最大工作应力的平方成正比，增大应力就意味着要求材料有(yǒu)高的弹性极限，高的弹性极限也对应着高的模量(应力起决定性作用(yòng))。

為(wèi)得到大的变形能(néng)，可(kě)提高弹簧材料的體(tǐ)积或者应力，或两者同时提高。

弹簧的疲劳强度

在机械设备中，组成机械的零件在工作时所产生的应力大致有(yǒu)两种：静应力与变应力。

受静应力的零件或材料的破坏是塑性变形或脆性断裂，因此他(tā)们的强度是以材料的弹性极限或屈服强度和迁都极限来衡量的。而受变应力的零件或材料的破坏则是疲劳断裂，因此他(tā)们的强度是以疲劳强度来衡量的。

疲劳强度低于弹性极限或屈服强度等静应力强度。

变应力的类型：稳定性循环变应力，不稳定循环变应力，随机变应力。

影响疲劳强度的因素：屈服强度、表面状态、尺寸效应、屯冶金缺陷、腐蚀介质、温度

影响弹簧疲劳试验的因素：内部因素，如化學(xué)成分(fēn)、金相结构等;

外部因素，如表面状态、形状尺寸、温度和周围介质。

三、圆柱螺旋压缩弹簧

当旋绕比在3~10之间时，弹簧端面最好磨平;在10~15之间时，端面可(kě)磨也可(kě)不磨;大于15时就可(kě)不磨。

為(wèi)了避免由于载荷偏心引起过大的附加力，最少工作圈数為(wèi)2，但一般不少于3。

旋绕比C=弹簧中径 / 钢丝直径

旋绕比C太小(xiǎo)，材料的弯曲变形严重，需要的卷制功率大，有(yǒu)时切断芯轴端头太细，易断裂;旋绕比C太大，卷簧后，弹簧圈容易松开，弹簧的直径难于控制;另外由于弹簧本身的重量，引起弹簧圈不断的颤动。较為(wèi)理(lǐ)想的旋绕比4~9。

弹簧刚度F”=Gd4 / 8D3n (N/mm)

一般载荷要求的弹簧有(yǒu)效圈数≥2.5，而对于载荷要求比较严格的弹簧，有(yǒu)效圈数>4;有(yǒu)效圈数又(yòu)少，而载荷要求又(yòu)高，则难以制造。

对于材料直径小(xiǎo)、载荷要求较严格的弹簧，建议采用(yòng)支撑圈≥2。

当规定有(yǒu)指定高度下两点或两点以上的载荷时，自由高度不应有(yǒu)公差要求。弹簧的内径和外径不可(kě)同时标注公差。

四、圆柱螺旋拉伸弹簧

初拉力：拉簧在卷制成形时，弹簧圈相互之间产生压缩力。当拉伸的外载荷作用(yòng)于弹簧时，若载荷产生的拉伸力未达到此力以前，弹簧不发生变形，当达到或超过此压缩力后，才开始发生变形。对应此压缩力的拉伸载荷，即為(wèi)初拉力F0。

有(yǒu)初拉力的弹簧的承载能(néng)力比无初拉力弹簧提高很(hěn)多(duō)。

对于不要求初拉力的拉簧，圈与圈之间将或多(duō)或少有(yǒu)些间隙。当弹簧的圈数较多(duō)时，这些间隙将影响弹簧的自由長(cháng)度理(lǐ)论值，需要与客户协商(shāng)。

旋绕比、刚度计算公式同压簧。

拉伸弹簧的总变形量為(wèi)有(yǒu)效圈数所产生的变形量和两端钩环所产生的变形量的总和。对于半圆钩环相当于0.1圈;整圆钩环相当于0.25~0.5圈。

有(yǒu)初拉力的弹簧必须用(yòng)淬火状态的钢丝制造。

材料直径较小(xiǎo)、有(yǒu)效圈数很(hěn)多(duō)、弹簧旋绕比较大的拉簧，在電(diàn)镀时不易保证质量。

五、圆柱螺旋扭簧

弹簧类型：普通扭转弹簧，并列双扭转弹簧，直列双扭转弹簧;无间距和有(yǒu)间距两种。

一般弹簧有(yǒu)效工作圈数不少于3圈;

扭转弹簧的旋向必须明确，旋向必须与扭矩的方向相一致，使弹簧工作时旋紧。

扭转弹簧的芯轴必须比最大工作扭矩作用(yòng)下的弹簧内径小(xiǎo)10%。

扭臂部分(fēn)各过度圆弧的半径最小(xiǎo)不应小(xiǎo)于2倍的材料直径，以避免过大的应力集中。

為(wèi)使扭簧在工作中不产生失稳，其最大扭转角不得大于允许值

φ允=123.1*自由状态时有(yǒu)效圈数的开4次方。

精度要求较高的扭簧回火温度不可(kě)太高;

需電(diàn)镀处理(lǐ)的扭簧，其扭臂弯曲出的曲率半径应尽可(kě)能(néng)大些，防止产生清脆。

六、弹簧制造工艺

卷簧——(校正)——消除应力回火——粗磨端面——去内外毛刺——(喷丸处理(lǐ))——立定处理(lǐ)(或强压处理(lǐ))——精磨端面——检验——防锈处理(lǐ)——包装

喷丸处理(lǐ)：提高弹簧疲劳寿命

立定或强压处理(lǐ)：将弹簧高度压至工作极限高度或各圈并紧数次或停留一段时间，以达到稳定尺寸及提高承载能(néng)力等作用(yòng)。