彈簧第一節彈簧的功用與類型

機械中的多數零件是剛性零件，而彈簧是彈性零件。它能多次重復地隨外載荷的大小作相應的彈性變形，卸載后又能立即恢復變形。通過變形把機械功或動能轉換成變形能，亦可將變形能轉換成機械功或動能。一.彈簧的功用1.測量力的大小

利用彈簧受力后變形量的大小來測量重量，如彈簧秤。2.控制運動如內燃機閥門控制彈簧。閥門控制彈簧1—凸輪2—控制彈簧3—閥座4—氣閥推桿3.緩沖和吸振4.儲能和釋能

鐘表發條（彈簧）汽車減振彈簧二.彈簧的類型1.按受載性質分1）拉伸彈簧2）壓縮彈簧3）扭轉彈簧4）彎曲彈簧

板彈簧彎曲彈簧圓柱螺旋拉伸彈簧圓柱螺旋壓縮彈簧圓柱螺旋扭轉彈簧2.按彈簧的形狀分1）螺旋彈簧圓柱形圓錐形2)環形彈簧（等剛度）（變剛度）

由帶有內、外錐形的鋼制圓環交錯重疊組成的壓縮彈簧，具有很大的緩沖和吸振能力，是一種強力彈簧，常用于重型車輛、火炮和飛機起落架的重型緩沖裝置中。

環形彈簧3）碟形彈簧

由薄鋼板沖壓而成的截錐形彈簧，呈無底盤狀。使用時將多個碟形彈簧組合，裝在導桿或套筒中，只能承受軸向壓縮載荷。剛性大，吸振能力強。

常用在空間尺寸小，外載荷又很大的緩沖、減振裝置中。4）盤簧

亦稱平面渦卷彈簧，由鋼帶盤繞而成，為阿基米德蝸線形結構。圈數多，變形角大，儲能量大。常用作儀器、儀表的儲能裝置。平面渦卷彈簧碟形彈簧5）板簧

由若干長度不等的條狀鋼板疊合并用簧夾夾緊而成。工作時受彎曲作用，吸振能力強。主要用于車輛及重型鍛壓設備的減振裝置。此外還有；

橡膠彈簧—廣泛用于儀器的坐墊，發動機的支承及機器的減振器等。

空氣彈簧—利用儲存在密閉容器中的壓縮空氣實現彈簧作用。廣泛用于車輛的懸掛裝置，及航空、船舶、建筑和冶金等部門。第二節彈簧的制造、材料與許用應力一.彈簧的制造１.卷制（代號：Y—冷卷壓簧，L—冷卷拉簧）大量生產時，在萬能自動卷簧機上卷制，單件或小批量生產時可用車床卷制或用手動卷繞機手工卷制。１）冷卷（代號：Y—冷卷壓簧，L—冷卷拉簧）簧絲直徑d<8~10mm時，簧絲熱處理后在常溫下直接卷制。２）熱卷（代號：RY—熱卷壓簧，RL—熱卷拉簧）

簧絲直徑d>8~10mm時或d<8~10mm，但螺旋彈簧的直徑較小時，在800~10000C下卷制。2.端部加工

重要的壓縮彈簧要求其兩端承壓面與軸線垂直，兩端面應在專用磨床上磨平。拉簧和扭簧在端部制有掛鉤和工作臂。3.熱處理

對于冷卷彈簧一般進行低溫回火，以消除卷制時產生的內應力。對于熱卷彈簧需進行淬火和中溫回火處理。4.工藝實驗

在對螺旋彈簧施加2~3次工作極限載荷后，檢查熱處理和制造精度是否符合要求。5.強化處理及表面處理

強壓處理—在超過工作極限載荷下，持續強壓6~8小時。噴丸處理—用鋼丸或鐵丸以一定速度沖擊彈簧。

目的是使簧絲表層產生塑性變形，和有益的殘余應力，提高彈簧的承載能力。表面處理—對重要的彈簧進行表面鍍鋅，普通彈簧涂油漆。

二.彈簧的材料和許用應力1.對材料的性能要求

彈簧材料應具有較高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性、塑性和熱處理性能。以滿足成受變載荷及沖擊載荷的要求。2.常用材料1）碳素彈簧鋼（65、70、85鋼等）

價格低，熱處理后具有較高的強度，適宜的韌性和塑性。但彈性極限低，重復變形后會失去彈性，工作溫度不宜高于1200C。當d>12mm時不宜淬透。常用于制造一般用途的小尺寸的彈簧。2）合金彈簧鋼

錳鋼（65Mn、硅錳彈簧鋼（62是Si2MnA）、(鉻釩鋼50CrVA)等。用于制造承受較大變載荷或沖擊載荷的彈簧。3）不銹鋼和銅合金

用于制造在潮濕或腐蝕性介質中工作的彈簧。機械性能差，不易熱處理，在一般機械中很少使用。3.許用應力彈簧材料的許用應力取決于材料的種類和彈簧類別。彈簧按載荷性質分為三類；I類—受變載荷循環次數N>106或重要的彈簧；II類—受變載荷循環次數N=103~105或承受沖擊載荷的彈簧；

III類—受變載荷循環次數N<103以下或基本為靜載荷的彈簧。

如：內燃機的閥門彈簧。如：調速器彈簧或車輛彈簧。如：安全閥、摩擦離合器中的彈簧。碳素彈簧鋼的等級：B級—用于低應力彈簧；C級—用于中應力彈簧；D級—用于高應力彈簧。常用彈簧材料的力學性能見P244~P245表14-2和14-3。第三節圓柱螺旋壓縮和拉伸彈簧的設計設計內容：1.確定幾何參數；2.強度計算；3.剛度計算；4.穩定性計算。一.圓柱螺旋彈簧的端部結構1.壓縮彈簧死圈（支承圈）

只起支承作用，不參與變形的并緊端圈。通常為0.75~1.25圈。支承圈的形式

a)兩個端圈與鄰圈并緊且磨平（YI、RYI型）

b)兩端圈制成扁狀并緊不磨平或磨平（RYII型、熱卷）c)兩端圈并緊不磨平（YII型）d)兩端圈并緊（YIII型）

對于重要的彈簧兩端圈應并緊并磨平，以保證兩支承面與彈簧的軸線垂直。使彈簧受壓時不致產生歪斜。圓柱螺旋壓縮彈簧的端部結構a)YⅠ、RYⅠ型b)RYⅡ型c)YⅡ型d)YⅢ型2.拉伸彈簧

a、b兩種類型在過渡處有較大彎曲應力，故只適用于中小載荷和不重要的場合。當載荷較大時，宜采用c、d型。圓柱螺旋拉伸彈簧的端部結構a)半圓鉤環（LⅠ、RLⅠ型）b)圓鉤環（LⅡ、RLⅡ型）c)可調式拉簧（LVⅡ型）d)可轉鉤環（LVⅢ型）二.圓柱螺旋彈簧的幾何參數1.彈簧絲直徑dd由強度計算確定，并取標準值。3.彈簧指數C（旋繞比）2.彈簧直徑中徑D2=Cd外徑D=D2+d內徑D1=D2-dC=D2/d

C是彈簧的重要參數，一般4≤C≤16，常用C=5~8,設計時由表14-5根據彈簧絲直徑確定。圓柱螺旋彈簧的基本幾何參數a)壓縮彈簧b)拉伸彈簧4.節距p壓簧：p=(0.28~0.5)D2拉簧：p=d5.螺旋升角α一般取α=50~906.軸向間隙δ壓簧：δ=p-d，最小間隙δ1≥0.1d拉簧：δ=0圓柱螺旋彈簧的基本幾何參數a)壓縮彈簧b)拉伸彈簧7.有效圈數nn由剛度計算確定，n≥2。8.總圈數n1冷卷壓簧：熱卷壓簧：拉簧：n1=n

括號中數值為支承圈數（死圈），其位于彈簧兩端，不參與變形。有磨平、不磨平兩種結構，重要彈簧應磨平。磨平長度不小于3/4圈，磨平簧絲末端厚度近于d/4。圓柱螺旋彈簧的基本幾何參數a)壓縮彈簧b)拉伸彈簧10.彈簧自由高度H0兩端并緊、磨平的壓簧：兩端并緊、不磨平的壓簧：拉簧：H0=nd+鉤環軸向長度11.高徑比b9.彈簧絲展開長度L壓簧：拉簧：L≈πD2n+鉤環展開長度。

圓柱螺旋彈簧的基本幾何參數a)壓縮彈簧b)拉伸彈簧三.圓柱螺旋彈簧的特性1.彈簧指數（14-1）

C是反映彈簧特性的重要參數。C值越大，彈簧越軟，剛性小，容易變形和繞制；反之，彈簧越硬，剛性大，不易變形和繞制。2.彈簧特性曲線

彈簧特性曲線—表明彈簧受載與變形之間關系的曲線。1)等節距圓柱螺旋壓縮彈簧的特性曲線為一直線。

H0—彈簧未受載荷時的自由高度。H1—彈簧受初始載荷F1作用壓縮后的高度。(壓縮量λ1)H2—彈簧受最大工作載荷F2作用壓縮后的高度。（壓縮量λ2

）Hj—彈簧受極限載荷Fj作用壓縮后的高度。（壓縮量λj

）工作行程：h=λ2-λ1=H2-H1圓柱螺旋壓縮彈簧的特性線a)載荷與變形關系b)特性曲線2.圓柱螺旋拉伸彈簧的特性曲線1）無初拉應力的特性曲線

如圖b),與壓縮彈簧的特性線相同2）有初拉應力的特性曲線

如圖c),該種彈簧卷制后各圈相互并緊，在自由狀態下即受初拉力F0

。

受載時需先克服假想變形量X，彈簧才開始伸長。受載相同時，有初拉應力的彈簧比無初拉應力彈簧的實際伸長量小，可節省空間尺寸。圓柱螺旋拉伸彈簧的特性線a)載荷與變形關系b)無初拉應力特性曲線c)有初應力特性曲線各載荷值的確定：a.當d<5mm時，

b.當d>5mm時,最小工作載荷：.初拉力：F1≥0.2Fj有初拉應力時應使F1>F0。最大工作載荷：

F2≤0.8Fj

彈簧的工作變形量應為（0.2~0.8）λj，以保持彈簧的線性特性。

在彈簧的工作圖上應繪出彈簧的特性線，作為彈簧制造、檢驗和試驗的依據之一。四.圓柱螺旋彈簧的強度計算1.強度計算的目的確定簧絲直徑d2.受力分析

忽略螺旋升角α的影響，當壓縮彈簧受軸向載荷F2時：作用在簧絲截面上的載荷有：剪力F2轉矩T=F2D2/2最大切應力發生在彈簧絲截面的內側，即圖中M點。彈簧絲截面a)彈簧絲截面受力分析b)彈簧絲截面應力分布3.斷裂強度條件：（14-2）彈簧絲直徑計算公式：（14-3）［τ］—彈簧材料的許用切應力，由表14-2及表14-3查取。K—彈簧的曲度系數，考慮彈簧的升角和曲率對彈簧絲中應力的影響，由表14-6查取。五.圓柱螺旋彈簧的剛度計算1.剛度計算的目的確定彈簧的有效圈數n。2.有效圈數計算彈簧的軸向變形量：（14-4）有效圈數：（14-5）3.彈簧的剛度（14-6）普通螺旋彈簧的特性曲線為直線，故其剛度為常數。幾點注意事項：1.彈簧的有效圈數：n≥2，以保證彈簧具有穩定的性能。2.對于拉伸彈簧當n>20時，應將n圓整成整圈數；當n<20時，可圓整成1/2圈數，3.對于壓縮彈簧n的尾數宜取1/4、1/2或整圈數。4.對于有初拉力的拉伸彈簧

應用公式（14-4）、（14-5）和