弹簧设计及基础知识

1、弹簧知识简介1、 功用1） 控制机械运动（内燃机中的阀门弹簧，离合器中的控制弹簧）；2） 吸收振动和冲击能量（缓冲弹簧，联轴器中的吸振弹簧）3） 储蓄能量（钟表弹簧）4） 测量力的大小（弹簧秤）5） 在电器中，弹簧常用来保证导电零件的良好接触或脱离接触。2、 种类按受力性质，分为拉簧、压簧、扭簧和弯曲弹簧；按形状，分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、盘簧等压缩弹簧拉伸弹簧扭转弹簧蜗卷弹簧板弹簧片弹簧3、 材料弹簧材料应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性和良好的热处理性能。在选择弹簧材料时，应考虑到弹簧的使用条件、功用及其重要程度。所谓使用条件是指载荷性质、大小及其循环特性，工作温度和周

2、围介质情况。钢是最常用的弹簧材料。受力较小又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。弹簧的疲劳强度和抗冲击强度在很大程度上取决于弹簧的表面状况，所以弹簧材料的表面必须光洁，没有裂缝和伤痕等缺陷。非金属弹簧材料主要是橡胶，近年来正发展用塑料制造弹簧。4、 弹簧制造弹簧卷绕方法有冷卷法和热卷法。弹簧丝直径在8mm以下的用冷卷法，以上用热卷法。冷态下卷制的弹簧多用冷拉的、经预热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷成后一般不再经淬火处理，只经低温回火以消除内应力。在热态下卷制的弹簧卷成后必须经过热处理。在弹簧制成后，如再进行一次强压处理一般可提高其承载能力25。若经过喷丸处理则可提高承载能力20，使用寿命2

3、2.5倍。强压处理是使弹簧在超过极限载荷下受载6h48h，从而在弹簧丝内产生塑性变形和有益的残余应力，由于残余应力的符号与工作应力相反，因而弹簧在工作时的最大应力（实线）比未经强压处理的弹簧（虚线）小，所以可提高弹簧的承载能力。强压处理是弹簧制造的最后一道工序。为了保持有益的残余应力，强压后的弹簧不允许再进行任何热处理。同理，经强压处理的弹簧也不宜在较高温度（150450）和长期振动的地方应用。由于金属的性质，冷作变形会使腐蚀过程加速，因此在有腐蚀性介质的环境中也不宜采用强压处理的弹簧。喷丸强化：它是在受喷材料的再结晶温度下进行的一种冷加工方法，加工过程由弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成

4、。喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸校形、喷丸强化等。其中喷丸强化不同于一般的喷丸工艺，它要求喷丸过程中严格控制工艺参数，使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力，从而大幅度地提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。 部分弹簧处理工艺术语整定处理 Setting 又称“立定处理”。将热处理后的压缩弹簧压缩到工作极限载荷下的高度或压并高度（拉伸弹簧拉伸到工作极限载荷下的长度，扭转弹簧扭转到工作极限扭转角），一次或多次短暂压缩（拉伸、扭转）以达到稳定弹簧几何尺寸为主要目的的一种工艺方法。 加温整定处理 Hot-setting 又称“加温立定处理”。在高于弹簧工作温度条件下的立定处理。 强压

5、处理 Compressive pre stressing 将压缩弹簧压缩至弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向的残余应力，以达到提高弹簧承载能力和稳定几何尺寸的一种工艺方法。 加温强压处理 Hot-compressive prestressing 在高于弹簧工作条件下进行的强压处理 强拉处理 tension prestressing 将拉伸弹簧拉伸至弹簧材料表面产生有益的与工作应力反向的残余应力，以提高弹簧承载能力和稳定其几何尺寸的一种工艺方法。 加温强拉处理 Hot tension prestressing 在高于弹簧工作温度条件下进行的强拉处理 强扭处理 torsion prestress

6、ing 将扭转弹簧扭转至弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向的残余应力，以提高弹簧承载能力和稳定其几何尺寸的一种工艺方法。 加温强扭处理 Hot torsionprestressing 高于弹簧工作温度条件下进行的强扭处理。5、 圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋弹簧有压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧三种。这几种弹簧基本构成部分完全相同，只是端部结构有所不同。弹簧工作前，通常预受一压缩力F1,使其可靠的稳定在安装位置上，F1称为弹簧的最小载荷。F3为弹簧的极限载荷，亦即在F3作用下弹簧丝内的应力达到了弹簧材料的屈服极限。弹簧的最小载荷通常取为：F1=(0.10.5Fmax. Fmax则由机构的工作条件决定。一般Fmax小于等于0.8F3.弹簧两端各有0.751.25圈与弹簧座相接触的支承圈，俗称死圈，死圈不参加弹簧变形，其端面应垂直于弹簧轴线。常见并紧死圈的端部形式有并紧不磨平端和并紧磨平端。在受变载荷的重要场合中，应采用并紧磨平端。死圈的磨平长度应不小于一圈弹簧圆周长度的四分之一，末端厚度应约等于0.25d.计算项目压缩弹簧拉伸弹簧弹簧平均直径D2D2=Cd弹簧内径D1D1=D2-d弹簧外径DD=D2+d实际圈数nn=n+2（0.751.75）n=n弹簧节距ppd+max/n+D2/3 D2/2pd弹簧螺旋角Arctan p/D269度自由长度H0并紧不磨平端：H0=p+(n-