彈簧的基礎知識匯總

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twq19810302

電梯直達

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發表于 2022-3-28 13:52:04 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

本帖最后由 twq19810302 于 2022-3-28 13:53 編輯

彈簧是機械和電子行業中廣泛使用的一種彈性元件，彈簧在受載時能產生較大的彈性變形，并把機械功或動能轉化為變形能，而在卸載后彈簧的變形消失并回復到原狀，同時將變形能轉化為機械功或動能。彈簧的載荷與變形之比稱為彈簧剛度，剛度越大，則彈簧越硬。

一、彈簧的作用

緩沖和減振。如汽車、火車車箱下的減振彈簧，各種緩沖器的緩沖彈簧等；
控制機構的運動。如內燃機中的閥門彈簧，離合器中的控制彈簧等；
儲存及輸出能量。如鐘表彈簧、槍閂彈簧等；
測量力的大小。如彈簧秤，測力器中的彈簧等；
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二、彈簧的分類

按受力性質彈簧分為：拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧。

拉伸彈簧(簡稱拉簧)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。在不承受負荷時，拉伸彈簧的圈與圈之間一般都是并緊的沒有間隙。

壓縮彈簧(簡稱壓簧)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，彈簧一般為等節距的，壓縮彈簧的圈與圈之間有一定的間隙，當受到外載荷時彈簧收縮變形，儲存形變能。

扭轉彈簧屬于螺旋彈簧。扭轉彈簧可以存儲和釋放角能量或者通過繞簧體中軸旋轉力臂以靜態固定某一裝置。扭轉彈簧的端部被固定到其他組件，當其他組件繞著彈簧中心旋轉時，該彈簧將它們拉回初始位置，產生扭矩或旋轉力。

還有兩種不常見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現彈性作用的一種非金屬彈簧，用在高檔車輛的懸架裝置中可以大大改善車輛的平順性，從而大大提高了車輛運行的舒適性，所以空氣彈簧在汽車、鐵路機車上得到了廣泛的應用。

碳納米管彈簧：需要先制出碳納米管薄膜，再利用紡絲技術將碳納米管薄膜紡成碳納米管彈簧。直徑可以達上百微米，而長度可以達幾厘米，有望應用于可伸縮導體、柔性電極、微型應變傳感器、超級電容器、集成電路、太陽能電池、場發射源、能量耗散纖維等領域，還有望應用于醫療器械，比如拉力傳感繃帶等。

三、彈簧的材料和許用應力

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

四、彈簧的制造

螺旋彈簧的制造工藝過程包括：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。

大量生產時，是在萬能自動卷簧機上卷制；單件及小批生產時，則在普通車床或手工制作。彈簧絲直徑小于或等于8mm時，常用冷卷法，卷前要熱處理，卷后要低溫回火。直徑大于8mm時，采用熱卷（熱卷溫度800℃～1000℃）法，熱卷后經淬火和中溫回火處理，彈簧成形后要進行表面質量檢驗，表面應光潔、無傷痕、無脫碳等缺陷；受變載荷的彈簧，還須經噴丸等表面處理，以提高彈簧疲勞壽命

五、彈簧的端部結構

壓縮彈簧除參加變形的有效圈數n外，為了使壓縮彈簧工作時受力均勻，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，工作時不參與變形，故稱為死圈或支承圈。

拉伸彈簧端部有掛鉤，以便安裝和加載。常用的端部結構有四種型式；半圓鉤環、圓鉤環制造方便，應用廣泛，但因掛鉤過渡處產生很大彎曲應力，故只宜用于彈簧絲直徑d≤10mm的彈簧。可調式和可轉式掛鉤受力情況較好，且可轉向任何位置以便于安裝。

六、彈簧的應力計算

▲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，扭矩引起的剪應力為：

若考慮剪力 F 引起剪應力的影響和彈簧絲呈螺旋狀曲率影響，最大剪應力 t 發生在彈簧內側圖(b)，其數值與強度條件應為：

式中 C——旋繞比，C=D/d ，可按表1選用

K——彈簧曲度系數，

K 也可直接從表2查出，由表知，C 越大，K對 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。

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

拉伸彈簧強度計算方法與壓縮彈簧相同

七、彈簧不到位及失效原因

在實際工作中，我們常碰到彈簧不能把運動物體推到設定的位置，也就是說彈簧的計算自由長度變短了。其主要原因是沒有作初壓縮處理，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)，放開后不能恢復到他原來的自由長度的操作。其縮短量稱為“初壓縮量”。一般重復了3-6次壓縮后，長度不再縮短，即彈簧“定位”。經初壓縮后彈簧發生永久變形。

八、彈簧預防措施

在實際工作中，壓簧即使受到超出材料彈性限以外的力，也應能維持它的工作長度。因此，成品簧的長度應等于彈簧的計算長度加初壓縮量，可避免簧不到位，以免簧圈并緊時發生危險應力，導致彈簧示性線發生異常而不到位。成品簧在熱處理過程中，特別是需經淬硬和回火工藝，一定要將工件橫置(臥)在爐內，以防彈簧因自重作用而變短導致作業不到位。