基礎(chǔ)彈簧知識(shí)

一、彈簧的作用、種類及常用符號(hào)和單位：

彈簧的作用：定位、復(fù)原、緩沖或減振、沖擊、動(dòng)力、施力、調(diào)節(jié)壓力、測(cè)力

彈簧的種類：

依材料分為：金屬?gòu)椈?鋼彈簧、有色金屬?gòu)椈?，非金屬?gòu)椈?/p>

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(jìn)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(wú)限壽命計(jì)算范疇，應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)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(jì)算范疇;

Ⅲ類：受交變載荷作用次數(shù)在103次以下，屬靜載強(qiáng)度計(jì)算范疇。

彈簧常用符號(hào)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(jī)械零件，它利用材料的彈性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在工作時(shí)產(chǎn)生變形，把機(jī)械功或動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃文?位能)，或把變形能(位能)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功或動(dòng)能。【Hard Lock防松螺母】

彈簧適用場(chǎng)合：

緩沖或減振，如破碎機(jī)的支撐彈簧和車輛的懸架彈簧等;

機(jī)械的儲(chǔ)能，如鐘表、儀表和自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)上的原動(dòng)彈簧;

控制運(yùn)動(dòng)，如氣門、離合器、制動(dòng)器和各種調(diào)節(jié)器上的彈簧;

測(cè)力裝置，如彈簧稱和動(dòng)力計(jì)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(duì)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(duì)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(shí)提高。

彈簧的疲勞強(qiáng)度

在機(jī)械設(shè)備中，組成機(jī)械的零件在工作時(shí)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(qiáng)度是以材料的彈性極限或屈服強(qiáng)度和遷都極限來(lái)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(qiáng)度是以疲勞強(qiáng)度來(lái)衡量的。

疲勞強(qiáng)度低于彈性極限或屈服強(qiáng)度等靜應(yīng)力強(qiáng)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(jī)變應(yīng)力。

影響疲勞強(qiáng)度的因素：屈服強(qiáng)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(yàn)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(shí)，彈簧端面最好磨平;在10~15之間時(shí)，端面可磨也可不磨;大于15時(shí)就可不磨。

為了避免由于載荷偏心引起過(guò)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(yán)重，需要的卷制功率大，有時(shí)切斷芯軸端頭太細(xì)，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(dòng)。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(duì)于載荷要求比較嚴(yán)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(duì)于材料直徑小、載荷要求較嚴(yán)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(diǎn)或兩點(diǎn)以上的載荷時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)，若載荷產(chǎn)生的拉伸力未達(dá)到此力以前，彈簧不發(fā)生變形，當(dāng)達(dá)到或超過(guò)此壓縮力后，才開始發(fā)生變形。對(duì)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(wú)初拉力彈簧提高很多。

對(duì)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(shí)，這些間隙將影響彈簧的自由長(zhǎng)度理論值，需要與客戶協(xié)商。

旋繞比、剛度計(jì)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(duì)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(shí)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(wú)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(shí)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(guò)度圓弧的半徑最小不應(yīng)小于2倍的材料直徑，以避免過(guò)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(shí)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(qiáng)壓處理)——精磨端面——檢驗(yàn)——防銹處理——包裝

噴丸處理：提高彈簧疲勞壽命

立定或強(qiáng)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(shí)間，以達(dá)到穩(wěn)定尺寸及提高承載能力等作用。