基礎(chǔ)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(fù)原、緩沖或減振、沖擊、動力、施力、調(diào)節(jié)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(huán)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(shù)在106次以上，屬于無限壽命計算范疇，應(yīng)進行疲勞強度計算;

Ⅱ類：受交變載荷作用次數(shù)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(shù)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(shù)【富士精密防松螺母】

D ——彈簧中徑

D1——彈簧內(nèi)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(jié)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(jié)構(gòu)特點，在工作時產(chǎn)生變形，把機械功或動能轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃文?位能)，或把變形能(位能)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C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(gòu)上的原動彈簧;

控制運動，如氣門、離合器、制動器和各種調(diào)節(jié)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(guān)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(chǎn)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(zhuǎn)彈簧的剛度為K=(T2-T1)/(扭轉(zhuǎn)角2-扭轉(zhuǎn)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(shù)。

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(yīng)力的平方成正比，增大應(yīng)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(yīng)著高的模量(應(yīng)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(yīng)力，或兩者同時提高。

彈簧的疲勞強度

在機械設(shè)備中，組成機械的零件在工作時所產(chǎn)生的應(yīng)力大致有兩種：靜應(yīng)力與變應(yīng)力。

受靜應(yīng)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(yīng)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(yīng)力強度。

變應(yīng)力的類型：穩(wěn)定性循環(huán)變應(yīng)力，不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力，隨機變應(yīng)力。

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

影響彈簧疲勞試驗的因素：內(nèi)部因素，如化學(xué)成分、金相結(jié)構(gòu)等;

外部因素，如表面狀態(tài)、形狀尺寸、溫度和周圍介質(zhì)。

三、圓柱螺旋壓縮彈簧

當(dāng)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(shù)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(shù)≥2.5，而對于載荷要求比較嚴格的彈簧，有效圈數(shù)>4;有效圈數(shù)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(dāng)規(guī)定有指定高度下兩點或兩點以上的載荷時，自由高度不應(yīng)有公差要求。彈簧的內(nèi)徑和外徑不可同時標(biāo)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(chǎn)生壓縮力。當(dāng)拉伸的外載荷作用于彈簧時，若載荷產(chǎn)生的拉伸力未達到此力以前，彈簧不發(fā)生變形，當(dāng)達到或超過此壓縮力后，才開始發(fā)生變形。對應(yīng)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(dāng)彈簧的圈數(shù)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(xié)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(shù)所產(chǎn)生的變形量和兩端鉤環(huán)所產(chǎn)生的變形量的總和。對于半圓鉤環(huán)相當(dāng)于0.1圈;整圓鉤環(huán)相當(dāng)于0.25~0.5圈。

有初拉力的彈簧必須用淬火狀態(tài)的鋼絲制造。

材料直徑較小、有效圈數(shù)很多、彈簧旋繞比較大的拉簧，在電鍍時不易保證質(zhì)量。

五、圓柱螺旋扭簧

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

一般彈簧有效工作圈數(shù)不少于3圈;

扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)彈簧的芯軸必須比最大工作扭矩作用下的彈簧內(nèi)徑小10%。

扭臂部分各過度圓弧的半徑最小不應(yīng)小于2倍的材料直徑，以避免過大的應(yīng)力集中。

為使扭簧在工作中不產(chǎn)生失穩(wěn)，其最大扭轉(zhuǎn)角不得大于允許值

φ允=123.1*自由狀態(tài)時有效圈數(shù)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(yīng)盡可能大些，防止產(chǎn)生清脆。

六、彈簧制造工藝

卷簧——(校正)——消除應(yīng)力回火——粗磨端面——去內(nèi)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(shù)次或停留一段時間，以達到穩(wěn)定尺寸及提高承載能力等作用。