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弹簧基础中的弹簧的作用、分类、材料干货知识

阅读量:381   发布时间:2019-12-24 09:39:13   作者:弹簧连接器厂家

弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件,弹簧在受载时能产生较大的弹性变形,并把机械功或动能转化为变形能,而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状,同时将变形能转化为机械功或动能。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度,刚度越大,则弹簧越硬。


一、弹簧的作用

缓冲和减振。如汽车、火车车箱下的减振弹簧,各种缓冲器的缓冲弹簧等;

控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹簧,离合器中的控制弹簧等;

储存及输出能量。如钟表弹簧、枪闩弹簧等;

测量力的大小。如弹簧秤,测力器中的弹簧等;


二、弹簧的分类

按受力性质弹簧分为:拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。


拉伸弹簧(简称拉簧)是承受轴向拉力的螺旋弹簧,拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时,拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。


压缩弹簧(简称压簧)是承受向压力的螺旋弹簧,它所用的材料截面多为圆形,也 有用矩形和多股钢萦卷制的,弹簧一般为等节距的,压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙,当受到外载荷时弹簧收缩变形,储存形变能。


压缩弹簧(简称压簧)是承受向压力的螺旋弹簧,它所用的材料截面多为圆形,也 有用矩形和多股钢萦卷制的,弹簧一般为等节距的,压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙,当受到外载荷时弹簧收缩变形,储存形变能。


还有两种不常见的空气弹簧和碳纳米管弹簧;


空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气,利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧,用在车辆的悬架装置中可以大大改善车辆的平顺性,从而大大提高了车辆运行的舒适性,所以空气弹簧在汽车、铁路机车上得到了广泛的应用。


碳纳米管弹簧:需要先制出碳纳米管薄膜,再利用纺丝技术将碳纳米管薄膜纺成碳纳米管弹簧。直径可以达上百微米,而长度可以达几厘米,有望应用于可伸缩导体、柔性电极、微型应变传感器、超级电容器、集成电路、太阳能电池、场发射源、能量耗散纤维等领域,还有望应用于医疗器械,比如拉力传感绷带等。



三、弹簧的材料和许用应力


弹簧在工作中常受交变和冲击载荷,又要求有较大的变形,所以弹簧材料应具有高的抗拉强度、弹性极限和疲劳强度。在工艺上要有一定的淬透性、不易脱碳,表面质量好。



四、弹簧的制造


螺旋弹簧的制造工艺过程包括:卷制、挂钩的制作或端面圈的精加工、热处理和工艺性能试验。


大量生产时,是在自动卷簧机上卷制;单件及小批生产时,则在普通车床或手工制作。 弹簧丝直径小于或等于8mm时,常用冷卷法,卷前要热处理,卷后要低温回火。直径大于8mm时,采用热卷(热卷温度800℃~1000℃)法,热卷后经淬火和中温回火处理,弹簧成形后要进行表面质量检验,表面应光洁、无伤痕、无脱碳等缺陷;受变载荷的弹簧,还须经喷丸等表面处理,以提高弹簧疲劳寿命。



五、弹簧的端部结构


压缩弹簧除参加变形的有效圈数n外,为了使压缩弹簧工作时受力均匀,保证弹簧中心线垂直于端面,弹簧两端各有3/4~7/4圈并紧起支承作用,工作时不参与变形,故称为死圈或支承圈。



拉伸弹簧端部有挂钩,以便安装和加载。常用的端部结构有四种型式;半圆钩环、圆钩环制造方便,应用广泛,但因挂钩过渡处产生很大弯曲应力,故只宜用于弹簧丝直径d≤10mm的弹簧。可调式和可转式挂钩受力情况较好,且可转向任何位置以便于安装。


六、弹簧的应力计算


压缩弹簧的受力分析


图(a)为圆柱形螺旋压缩弹簧,承受轴向工作载荷 F 由截面法分析,得知弹簧丝截面受剪力 F 及扭矩 T=FD/2,扭矩引起的剪应力为: