彈簧的基礎(chǔ)知識(shí)匯總

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彈簧是機(jī)械和電子行業(yè)中廣泛使用的一種彈性元件,，彈簧在受載時(shí)能產(chǎn)生較大的彈性變形，并把機(jī)械功或動(dòng)能轉(zhuǎn)化為變形能,，而在卸載后彈簧的變形消失并回復(fù)到原狀,，同時(shí)將變形能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功或動(dòng)能,。彈簧的載荷與變形之比稱(chēng)為彈簧剛度,，剛度越大,，則彈簧越硬。

一,、彈簧的作用

• 緩沖和減振,。如汽車(chē)、火車(chē)車(chē)箱下的減振彈簧,，各種緩沖器的緩沖彈簧等,；
• 控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。如內(nèi)燃機(jī)中的閥門(mén)彈簧,，離合器中的控制彈簧等,；
• 儲(chǔ)存及輸出能量。如鐘表彈簧,、槍閂彈簧等,；
• 測(cè)量力的大小。如彈簧秤,，測(cè)力器中的彈簧等；
  

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二,、彈簧的分類(lèi)

按受力性質(zhì)彈簧分為：拉伸彈簧,、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧。

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拉伸彈簧(簡(jiǎn)稱(chēng)拉簧)是承受軸向拉力的螺旋彈簧,，拉伸彈簧一般都用圓截面材料制造,。在不承受負(fù)荷時(shí)，拉伸彈簧的圈與圈之間一般都是并緊的沒(méi)有間隙,。

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壓縮彈簧(簡(jiǎn)稱(chēng)壓簧)是承受向壓力的螺旋彈簧,，它所用的材料截面多為圓形，也 有用矩形和多股鋼縈卷制的,，彈簧一般為等節(jié)距的,，壓縮彈簧的圈與圈之間有一定的間隙，當(dāng)受到外載荷時(shí)彈簧收縮變形,，儲(chǔ)存形變能,。

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扭轉(zhuǎn)彈簧屬于螺旋彈簧。扭轉(zhuǎn)彈簧可以存儲(chǔ)和釋放角能量或者通過(guò)繞簧體中軸旋轉(zhuǎn)力臂以靜態(tài)固定某一裝置,。扭轉(zhuǎn)彈簧的端部被固定到其他組件,，當(dāng)其他組件繞著彈簧中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，該彈簧將它們拉回初始位置,，產(chǎn)生扭矩或旋轉(zhuǎn)力,。

還有兩種不常見(jiàn)的空氣彈簧和碳納米管彈簧；

空氣彈簧是在柔性密閉容器中加入壓力空氣,，利用空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈性作用的一種非金屬?gòu)椈�,，用在高檔車(chē)輛的懸架裝置中可以大大改善車(chē)輛的平順性，從而大大提高了車(chē)輛運(yùn)行的舒適性,，所以空氣彈簧在汽車(chē),、鐵路機(jī)車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用。

碳納米管彈簧：需要先制出碳納米管薄膜,，再利用紡絲技術(shù)將碳納米管薄膜紡成碳納米管彈簧,。直徑可以達(dá)上百微米，而長(zhǎng)度可以達(dá)幾厘米,，有望應(yīng)用于可伸縮導(dǎo)體,、柔性電極、微型應(yīng)變傳感器,、超級(jí)電容器,、集成電路、太陽(yáng)能電池,、場(chǎng)發(fā)射源,、能量耗散纖維等領(lǐng)域，還有望應(yīng)用于醫(yī)療器械,，比如拉力傳感繃帶等,。

三,、彈簧的材料和許用應(yīng)力

彈簧在工作中常受交變和沖擊載荷，又要求有較大的變形,，所以彈簧材料應(yīng)具有高的抗拉強(qiáng)度,、彈性極限和疲勞強(qiáng)度。在工藝上要有一定的淬透性,、不易脫碳,，表面質(zhì)量好。

四,、彈簧的制造

螺旋彈簧的制造工藝過(guò)程包括：卷制,、掛鉤的制作或端面圈的精加工、熱處理和工藝性能試驗(yàn),。

大量生產(chǎn)時(shí),，是在萬(wàn)能自動(dòng)卷簧機(jī)上卷制；單件及小批生產(chǎn)時(shí),，則在普通車(chē)床或手工制作,。彈簧絲直徑小于或等于8mm時(shí)，常用冷卷法,，卷前要熱處理,，卷后要低溫回火。直徑大于8mm時(shí),，采用熱卷（熱卷溫度800℃～1000℃）法,，熱卷后經(jīng)淬火和中溫回火處理，彈簧成形后要進(jìn)行表面質(zhì)量檢驗(yàn),，表面應(yīng)光潔,、無(wú)傷痕、無(wú)脫碳等缺陷,；受變載荷的彈簧,，還須經(jīng)噴丸等表面處理，以提高彈簧疲勞壽命

五,、彈簧的端部結(jié)構(gòu)

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壓縮彈簧除參加變形的有效圈數(shù)n外,，為了使壓縮彈簧工作時(shí)受力均勻，保證彈簧中心線垂直于端面,，彈簧兩端各有3/4～7/4圈并緊起支承作用,，工作時(shí)不參與變形，故稱(chēng)為死圈或支承圈,。

拉伸彈簧端部有掛鉤,，以便安裝和加載。常用的端部結(jié)構(gòu)有四種型式,；半圓鉤環(huán),、圓鉤環(huán)制造方便,，應(yīng)用廣泛，但因掛鉤過(guò)渡處產(chǎn)生很大彎曲應(yīng)力,，故只宜用于彈簧絲直徑d≤10mm的彈簧�,？烧{(diào)式和可轉(zhuǎn)式掛鉤受力情況較好,，且可轉(zhuǎn)向任何位置以便于安裝。

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六,、彈簧的應(yīng)力計(jì)算

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▲壓縮彈簧的受力分析

圖(a)為圓柱形螺旋壓縮彈簧,，承受軸向工作載荷 F 由截面法分析，得知彈簧絲截面受剪力 F 及扭矩 T=FD/2,，扭矩引起的剪應(yīng)力為：

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若考慮剪力 F 引起剪應(yīng)力的影響和彈簧絲呈螺旋狀曲率影響,，最大剪應(yīng)力 t 發(fā)生在彈簧內(nèi)側(cè)圖(b)，其數(shù)值與強(qiáng)度條件應(yīng)為：

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式中 C——旋繞比,，C=D/d ,，可按表1選用

K——彈簧曲度系數(shù)，

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K 也可直接從表2查出,，由表知,，C 越大，K對(duì) t 的影響越�,�,；

F——彈簧的工作載荷N；D——彈簧中徑mm,；d——材料直徑mm,。

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在式1中，以彈簧的最大工作載荷 F2 代替 F,，便可得到按強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑的公式：

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拉伸彈簧強(qiáng)度計(jì)算方法與壓縮彈簧相同

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七,、彈簧不到位及失效原因

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在實(shí)際工作中，我們常碰到彈簧不能把運(yùn)動(dòng)物體推到設(shè)定的位置,，也就是說(shuō)彈簧的計(jì)算自由長(zhǎng)度變短了,。其主要原因是沒(méi)有作初壓縮處理，就是把一根制造成的彈簧,，用較大的力把它壓縮到他的壓縮高度或并緊高度(有必要的話),，放開(kāi)后不能恢復(fù)到他原來(lái)的自由長(zhǎng)度的操作。其縮短量稱(chēng)為“初壓縮量”,。一般重復(fù)了3-6次壓縮后,，長(zhǎng)度不再縮短，即彈簧“定位”,。經(jīng)初壓縮后彈簧發(fā)生永久變形,。

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八,、彈簧預(yù)防措施

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在實(shí)際工作中，壓簧即使受到超出材料彈性限以外的力,，也應(yīng)能維持它的工作長(zhǎng)度,。因此，成品簧的長(zhǎng)度應(yīng)等于彈簧的計(jì)算長(zhǎng)度加初壓縮量,，可避免簧不到位,，以免簧圈并緊時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)應(yīng)力，導(dǎo)致彈簧示性線發(fā)生異常而不到位,。成品簧在熱處理過(guò)程中,，特別是需經(jīng)淬硬和回火工藝，一定要將工件橫置(臥)在爐內(nèi),，以防彈簧因自重作用而變短導(dǎo)致作業(yè)不到位,。

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