弹簧的基本知识.docx

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弹簧的基本知识

弹簧

弹簧概述

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。

一般用弹簧钢制成。

用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等，广泛用于机器、仪表中。

弹簧的种类复杂多样，按形状分，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧等。

弹簧的常用材料

制作弹簧的主要材料有：

不锈钢弹簧线、优质碳素弹簧钢丝，耐疲劳合金弹簧钢丝,磷铜丝，镀锌镀镍丝、及各种进口弹簧线材料，高低温弹簧线特殊材料窗体底端

弹簧主要功能

　　①控制机械的运动，如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。

②吸收振动和冲击能量，如汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧等。

③储存及输出能量作为动力，如钟表弹簧、枪械中的弹簧等。

④用作测力元件，如测力器、弹簧秤中的弹簧等。

弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。

弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能。

弹簧力的分类

弹簧可分为拉伸弹簧、

压缩弹簧

、扭转弹簧

和线弯曲弹簧

，按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等，按制作过程可以分为冷卷弹簧和热卷弹簧。

普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。

弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。

弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。

弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8毫米的用热卷法。

有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹簧的承载能力。

什么是螺旋弹簧？

　　螺旋弹簧即扭转弹簧，是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是密绕成螺旋形。

扭转弹簧的端部结构是加工成各种形状的扭臂，而不是勾环。

扭转弹簧常用于机械中的平衡机构，在汽车、机床、电器等工业生产中广泛应用。

什么是拉伸弹簧？

　　拉伸弹簧是承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。

在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。

什么是压缩弹簧？

　　压缩弹簧是承受向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的形状有：

圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形以及少量的非圆形等，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存变形能。

什么是扭力弹簧？

扭力弹簧利用杠杆原理，通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料的扭曲或旋转，使之具有极大的机械能。

弹簧名称分类

　　复合式弹簧，橡胶弹簧，螺旋弹簧，蝶形弹簧，涡卷弹簧，板弹簧，扭杆弹簧，特种弹簧，流体介子弹簧。

弹簧的制造设备

　　弹簧作为工业系统中的一个重要元件，有着很大的使用量，而且种类繁多，因此弹簧的制作有原始的手工制作，逐步走向自动化。

在我国九十年以前，弹簧行业只有很少的专业生产弹簧的机械设备，随着弹簧市场的越来越大，逐渐的专业弹簧设备企业也走进我国，如台湾的东北弹簧机械（EN侨鼎），光弘（KHM）等逐渐占领了主流弹簧生产市场。

东北的EN502万能机

，是采用专有的机械机构，方便快捷的生产各种弹簧，异型弹性元件。

光弘的设备是生产压簧和拉簧的高速设备。

在国外也有很多专业弹簧设备制造商如瓦菲奥斯，MEC

等。

目前国内生产大型弹簧数控热卷机还是空白。

弹簧各部分名称:

（1）弹簧丝直径d:

制造弹簧的钢丝直径。

（2）弹簧外径D:

弹簧的最大外径。

（3）弹簧内径D1：

弹簧的最小外径。

（4）弹簧中径D2：

弹簧的平均直径。

它们的计算公式为：

D2=（D+D1）÷2=D1+d=D－d

（5）t:

除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距，用t表示。

（6）有效圈数n:

弹簧能保持相同节距的圈数。

（7）支撑圈数n2：

为了使弹簧在工作时受力均匀，保证轴线垂直端面、制造时，常将弹簧两端并紧。

并紧的圈数仅起支撑作用，称为支撑圈。

一般有1.5T、2T、2.5T，常用的是2T。

（8）总圈数n1:

有效圈数与支撑圈的和。

即n1=n+n2.

（9）自由高H0:

弹簧在未受外力作用下的高度。

由下式计算：

H0=nt+（n2-0.5）d=nt+1.5d（n2=2时）

（10）弹簧展开长度L：

绕制弹簧时所需钢丝的长度。

L≈n1（ЛD2）2+n2（压簧）L=ЛD2n+钩部展开长度（拉簧）

（11）螺旋方向：

有左右旋之分，常用右旋，图纸没注明的一般用右旋。

（12）弹簧旋绕比；中径D与钢丝直径d之比

弹簧常用符号和单位

A——弹簧材料截面面积（mm²）；当量弯曲刚度（N/mm）；系数  

a——距形截面材料垂直于弹簧轴线的边长（mm）；系数  

B——平板的弯曲刚度（N/mm）；系数  

b——高径比；距形截面材料平行于弹簧轴线的边长（mm）；系数  

C——螺旋弹簧旋绕比；碟簧直径比；系数  

D——弹簧中径（mm）  

D1——弹簧内径（mm）  

D2——弹簧外径（mm）  

d——弹簧材料直径（mm）  

E——弹簧模量（MPa）  

F——弹簧的载荷（N）  

F’——弹簧的刚度  

Fj——弹簧的工作极限载荷（N）  

Fo——圆柱拉伸弹簧的初拉力（N）  

Fr——弹簧的径向载荷（N）  

F’r——弹簧的径向刚度（N/mm）  

Fs——弹簧的试验载荷（N）  

f——弹簧的变形量（mm）  

fj——工作极限载荷Fj下的变形量（mm）  

fr——弹簧的静变形量（mm）  

fs——试验载荷Fs下弹簧的变形量（mm）；线性静变形量（mm）  

fo——拉伸弹簧对应于处拉力Fo的假设变形量（mm）；膜片的中心变形量（mm）  

G——材料的切变模量（MPa）  

g——重力加速度，g=9800mm/s²  

H——弹簧的工作高（长）度（mm）  

Ho——弹簧的自由高（长）度（mm）  

Hs——弹簧试验载荷下的高（长）度（mm）  

h——碟形弹簧的内载锥高度（mm）  

I——惯性矩（mm4）  

Ip——极惯性矩（mm4）  

K——曲度系数；系数  

Kt——温度修正系数  

ρ——材料的密度（kg/mm³）  

σ——弹簧工作时的正应力（Mpa）  

σb——材料抗拉强度（Mpa）  

σj——材料的工作极限应力（Mpa）  

σs——材料的抗拉屈服点（Mpa）  

τ——弹簧工作时的切应力（Mpa）  

k——系数  

L——弹簧材料的展开长度（mm）  

l——弹簧材料有效工作圈展开长度（mm）；板弹簧的自由弦长（mm）  

M——弯曲力矩（N·mm）  

m——作用于弹簧上物体的质量（kg）  

ms——弹簧的质量（kg）  

N——变载荷循环次数  

n——弹簧的工作圈数  

nz——弹簧的支承圈数  

n1——弹簧的总圈数  

pˊ——弹簧单圈的刚度（N/mm）  

R——弹簧圈的中半径（mm）  

R1——弹簧圈的内半径（mm）  

R2——弹簧圈的外半径（mm）  

r——阻尼系数  

S——安全系数  

T——扭矩；转矩（N·mm）  

Tˊ——扭转刚度（N·mm/（º））  

t——弹簧的节矩  

tc——钢索节距（mm）  

U——变形能（N·mm）；（N·mm·rad）  

V——弹簧的体积（mm³）  

v——冲击体的速度（mm/s）  

Zm——抗弯截面系数（mm³）  

Zt——抗扭截面系数（mm³）  

α——螺旋角（º）；系数  

β——钢索拧角（º）；圆锥半角（º）；系数  

δ——弹簧圈的轴向间隙（mm）  

δr——组合弹簧圈的径向间隙（mm）  

ζ——系数  

η——系数  

θ——扭杆单位长度的扭转角（rad）  

κ——系数  

μ——泊松比；长度系数  

ν——弹簧的自振频率（Hz）  

Vr——弹簧所受变载荷的激励频率（Hz）  

τb——材料的抗剪强度（Mpa）  

τj——弹簧的工作极限切应力（Mpa）  

τo——材料的脉动扭转疲劳极限（Mpa）  

τs——材料的抗扭屈服点（Mpa）  

τ-1——材料的对称循环扭转疲劳极限（Mpa）  

φ——扭转变形角（º）；（rad）

弹簧的规定画法

（1）在平行螺旋弹簧线的视图上，各圈的轮廓线画成直线。

（2）有效圈数在4圈以上的弹簧，可只画出其两端1～2圈（不含支撑圈）。

中间用通过弹簧钢丝中心的点画线连起来。

（3）在图样上，当弹簧的旋向不作规定时，螺旋弹簧一律画成右旋，左旋弹簧也画成右旋，但要注明“左”字。

利用弹簧的功能

1.测量功能

我们知道，在弹性限度内，弹簧的伸长（或收缩）跟外力成正比。

利用弹簧这一性质制成弹簧秤。

2.紧压功能

观察各种电器开关会发现，开关的两个触头中，必然有一个出头装有弹簧，以保证两个出头紧密接触，是导通良好。

如果接触不良，接触处的电阻变大，电流通过时产生的热量变大，严重时还会是接触处的金属融化。

卡口灯头的两个金属柱都装有弹簧也是为了接触良好；至于螺口灯头的中心金属片以及所有插座的接插金属片都是簧片，其功能都是使双方紧密接触，以保持到同良好。

在何时磁带中，有一块磷青铜的簧片，利用它弯曲形变时产生的弹力使磁头与磁带密切接触。

在订书机中有一个长螺旋弹簧它的作用一方面是顶紧钉书钉，另一方面是当最前面的钉被推出后，可以将后面的钉送到最前面以备钉舒适推出，这样，就能自动的将一个个钉推到最前面，直到钉全部推出为止。

许多机器自动供料，自动步枪中的子弹自动上膛都靠弹簧的这种功能。

此外，象夹衣服的夹子，圆珠笔，钢笔套上的夹片都利用弹簧的紧压功能夹在衣服上。

3.复位功能

弹簧在外力作用下发生形变，撤去外力后，弹簧就能恢复状态。

很多工具和设备都是利用弹簧这一性质来复位的。

例如，许多建筑物大门的合页上都装了复位弹簧人们进出后，门会自动复位。

人们还利用这一功能制成了自动伞、自动铅笔等用品，十分方便。

此外，各种按钮和按键也少不了复位弹簧。

4.带动功能

机械钟表，发条玩具都是靠上紧发条带动。

当发条被上紧时发条产生弯曲形变，存储一定的弹性势能。

释放后，弹性势能转变为动能，通过传动装置带动转动。

在玩具枪和发令枪和军用枪支也是利用弹簧的之一性质工作的。

5.缓冲功能

　　在机车汽车车架与车轮之间装有弹簧，利用弹簧的弹性来减缓车辆的颠簸。

6.振动发声功能

　　当空气从口琴，手风琴中的簧孔中流动时，冲击簧片，簧片震动发出声音。

　现行弹簧的相关标准

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