基礎彈簧知識

一、彈簧的作用、種類及常用符號和單位：

彈簧的作用：定位、復原、緩沖或減振、沖擊、動力、施力、調節壓力、測力

彈簧的種類：

依材料分為：金屬彈簧(鋼彈簧、有色金屬彈簧)，非金屬彈簧

依彈簧形狀分為：螺旋彈簧、片彈簧、蝸卷彈簧、板彈簧、環形彈簧、扭桿彈簧【進口波形彈簧】

依彈簧使用條件分為：

Ⅰ類：受交變載荷作用次數在106次以上，屬于無限壽命計算范疇，應進行疲勞強度計算;

Ⅱ類：受交變載荷作用次數在103~105次之間、受沖擊載荷，屬于有限壽命計算范疇;

Ⅲ類：受交變載荷作用次數在103次以下，屬靜載強度計算范疇。

彈簧常用符號和單位：

C ——螺旋彈簧旋繞比;碟簧直徑比;系數【富士精密防松螺母】

D ——彈簧中徑

D1——彈簧內徑(ID)

D2——彈簧外徑(OD)

d ——彈簧材料直徑(線徑)

G ——材料的切變模量(Mpa)

F”——彈簧的剛度(N/mm)

H ——彈簧工作高度

H0——彈簧的自由高度

T ——彈簧扭矩

t ——彈簧節距

二、彈簧的基本性能

彈簧是一種機械零件，它利用材料的彈性和結構特點，在工作時產生變形，把機械功或動能轉變為變形能(位能)，或把變形能(位能)轉變為機械功或動能?！綡ard Lock防松螺母】

彈簧適用場合：

緩沖或減振，如破碎機的支撐彈簧和車輛的懸架彈簧等;

機械的儲能，如鐘表、儀表和自動控制機構上的原動彈簧;

控制運動，如氣門、離合器、制動器和各種調節器上的彈簧;

測力裝置，如彈簧稱和動力計上的彈簧。

彈簧的特性線：載荷與變形之間的關系曲線稱為彈簧的特性線。

彈簧的特性線大致有三種：1)直線型 2)漸增型 3)漸減型

彈簧的剛度：載荷增量與變形增量之比，即產生單位變形所需的載荷，稱為彈簧的剛度。

壓縮和拉伸彈簧的剛度為 K=(P2-P1)/(H1-H2)

扭轉彈簧的剛度為K=(T2-T1)/(扭轉角2-扭轉角1)

特性線為漸增型的彈簧，剛度隨著載荷的增加而增大;

漸減型的彈簧，剛度隨著載荷的增加而減小;

直線型的彈簧，剛度則不隨載荷變化而變化，也稱為彈簧常數。

彈簧的變形能

彈簧的變形能與彈簧材料的切變模量G和彈性模量E成反比，因此，低的模量對于要求大的變形能有利;變形能的大小與最大工作應力的平方成正比，增大應力就意味著要求材料有高的彈性極限，高的彈性極限也對應著高的模量(應力起決定性作用)。

為得到大的變形能，可提高彈簧材料的體積或者應力，或兩者同時提高。

彈簧的疲勞強度

在機械設備中，組成機械的零件在工作時所產生的應力大致有兩種：靜應力與變應力。

受靜應力的零件或材料的破壞是塑性變形或脆性斷裂，因此他們的強度是以材料的彈性極限或屈服強度和遷都極限來衡量的。而受變應力的零件或材料的破壞則是疲勞斷裂，因此他們的強度是以疲勞強度來衡量的。

疲勞強度低于彈性極限或屈服強度等靜應力強度。

變應力的類型：穩定性循環變應力，不穩定循環變應力，隨機變應力。

影響疲勞強度的因素：屈服強度、表面狀態、尺寸效應、屯冶金缺陷、腐蝕介質、溫度

影響彈簧疲勞試驗的因素：內部因素，如化學成分、金相結構等;

外部因素，如表面狀態、形狀尺寸、溫度和周圍介質。

三、圓柱螺旋壓縮彈簧

當旋繞比在3~10之間時，彈簧端面最好磨平;在10~15之間時，端面可磨也可不磨;大于15時就可不磨。

為了避免由于載荷偏心引起過大的附加力，最少工作圈數為2，但一般不少于3。

旋繞比C=彈簧中徑 / 鋼絲直徑

旋繞比C太小，材料的彎曲變形嚴重，需要的卷制功率大，有時切斷芯軸端頭太細，易斷裂;旋繞比C太大，卷簧后，彈簧圈容易松開，彈簧的直徑難于控制;另外由于彈簧本身的重量，引起彈簧圈不斷的顫動。較為理想的旋繞比4~9。

彈簧剛度F”=Gd4 / 8D3n (N/mm)

一般載荷要求的彈簧有效圈數≥2.5，而對于載荷要求比較嚴格的彈簧，有效圈數>4;有效圈數又少，而載荷要求又高，則難以制造。

對于材料直徑小、載荷要求較嚴格的彈簧，建議采用支撐圈≥2。

當規定有指定高度下兩點或兩點以上的載荷時，自由高度不應有公差要求。彈簧的內徑和外徑不可同時標注公差。

四、圓柱螺旋拉伸彈簧

初拉力：拉簧在卷制成形時，彈簧圈相互之間產生壓縮力。當拉伸的外載荷作用于彈簧時，若載荷產生的拉伸力未達到此力以前，彈簧不發生變形，當達到或超過此壓縮力后，才開始發生變形。對應此壓縮力的拉伸載荷，即為初拉力F0。

有初拉力的彈簧的承載能力比無初拉力彈簧提高很多。

對于不要求初拉力的拉簧，圈與圈之間將或多或少有些間隙。當彈簧的圈數較多時，這些間隙將影響彈簧的自由長度理論值，需要與客戶協商。

旋繞比、剛度計算公式同壓簧。

拉伸彈簧的總變形量為有效圈數所產生的變形量和兩端鉤環所產生的變形量的總和。對于半圓鉤環相當于0.1圈;整圓鉤環相當于0.25~0.5圈。

有初拉力的彈簧必須用淬火狀態的鋼絲制造。

材料直徑較小、有效圈數很多、彈簧旋繞比較大的拉簧，在電鍍時不易保證質量。

五、圓柱螺旋扭簧

彈簧類型：普通扭轉彈簧，并列雙扭轉彈簧，直列雙扭轉彈簧;無間距和有間距兩種。

一般彈簧有效工作圈數不少于3圈;

扭轉彈簧的旋向必須明確，旋向必須與扭矩的方向相一致，使彈簧工作時旋緊。

扭轉彈簧的芯軸必須比最大工作扭矩作用下的彈簧內徑小10%。

扭臂部分各過度圓弧的半徑最小不應小于2倍的材料直徑，以避免過大的應力集中。

為使扭簧在工作中不產生失穩，其最大扭轉角不得大于允許值

φ允=123.1*自由狀態時有效圈數的開4次方。

精度要求較高的扭簧回火溫度不可太高;

需電鍍處理的扭簧，其扭臂彎曲出的曲率半徑應盡可能大些，防止產生清脆。

六、彈簧制造工藝

卷簧——(校正)——消除應力回火——粗磨端面——去內外毛刺——(噴丸處理)——立定處理(或強壓處理)——精磨端面——檢驗——防銹處理——包裝

噴丸處理：提高彈簧疲勞壽命

立定或強壓處理：將彈簧高度壓至工作極限高度或各圈并緊數次或停留一段時間，以達到穩定尺寸及提高承載能力等作用。