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[!--downpath--]弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性器件,弹簧在受载时能形成较大的弹性变型,并把机械功或动能转化为变型能,而在卸载后弹簧的变型消失并回复到原状,同时将变型能转化为机械功或动能。弹簧的荷载与变型之比称为弹簧挠度,挠度越大,则弹簧越硬。
一、弹簧的作用
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,拉伸弹簧通常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通常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方形,也有用圆形和多股钢萦卷制的,弹簧通常为等节距的,压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙,当遭到外荷载时弹簧收缩变型,存放形变能。
扭转弹簧属于螺旋弹簧。扭转弹簧可以储存和释放角能量或则通过绕簧体中轴旋转力臂以静态固定某一装置。扭转弹簧的端部被固定到其他组件,当其他组件绕着弹簧中心旋转时,该弹簧将它们拉回初始位置,形成转矩或旋转力。
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,借助空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧,用在高端汽车的悬架装置中可以大大改善汽车的平顺性,因而大大提升了汽车运行的舒适性,所以空气弹簧在车辆、铁路机车上得到了广泛的应用。
碳纳米管弹簧:须要先制出碳纳米管薄膜,再借助纺纱技术将碳纳米管薄膜纺成碳纳米管弹簧。半径可以达上标头米,而宽度可以达几分米,有望应用于可伸缩导体、柔性电极、微型应变传感、超级电容器、集成电路、太阳能电板、场发射源、能量耗散纤维等领域,还有望应用于医疗器械,例如拉力传感器布条等。
三、弹簧的材料和许用挠度
弹簧在工作中常受交变和冲击荷载,又要求有较大的变型,所以弹簧材料应具有高的伸长率硬度、弹性极限和疲劳硬度。在工艺上要有一定的淬透性、不易精馏,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、挂钩的制做或锥面圈的精加工、热处理和工艺性能试验。
大量生产时,是在万能手动卷簧机下卷制;单件及小批生产时,则在普通车床或手工制做。弹簧丝半径大于或等于8mm时,常用冷卷法模具弹簧弹力的计算公式,卷前要热处理,卷后要高温渗碳。半径小于8mm时,采用钢坯(钢坯气温800℃~1000℃)法,带钢后经调质和中温渗碳处理,弹簧成型后要进行表面质量检验,表面应洁白、无伤痕、无脱臭等缺陷;受变荷载的弹簧,还须经喷砂等表面处理,以提升弹簧疲劳寿命。
压簧拉簧扭簧的制造:(中文的,听不懂看工艺过程)
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五、弹簧的端部结构
压缩弹簧除出席变型的有效圈数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锥面,弹簧两端各有3/4~7/4圈并紧起支承作用,工作时不参与变型,故称为死圈或支承圈。
拉伸弹簧端部有挂钩,便于安装和加载。常用的端部结构有四种型式;半圆钩环、圆钩环制造便捷,应用广泛,但因挂钩过渡处形成很大弯曲挠度,故只宜用于弹簧丝半径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易于安装。
六、弹簧的挠度估算
▲压缩弹簧的受力剖析
图(a)为圆锥形螺旋压缩弹簧,承受轴向工作荷载F由截面法剖析,得悉弹簧丝截面受弯矩F及转矩T=FD/2,扭力造成的剪挠度为:
若考虑弯矩F导致剪挠度的影响和弹簧丝呈螺旋状曲率影响,最大剪挠度t发生在弹簧外侧图(b),其数值与硬度条件应为:
式中C——旋绕比,C=D/d,可按表1选用
K——弹簧曲度系数,
K也可直接从表2查出,由表知,C越大,K对t的影响越小;
F——弹簧的工作荷载N;D——弹簧中径mm;d——材料半径mm。
在式1中,以弹簧的最大工作荷载F2取代F模具弹簧弹力的计算公式,便可得到按硬度条件估算弹簧钢丝半径的公式:
拉伸弹簧硬度估算方式与压缩弹簧相同
七、弹簧不到位及失效缘由
在实际工作中,我们常见到弹簧不能把运动物体推到设定的位置,也就是说弹簧的估算自由宽度变短了。其主要诱因是没有做出压缩处理,就是把一根制导致的弹簧,用较大的力把它压缩到他的压缩高度或并紧高度(有必要的话),放开后不能恢复到他原先的自由宽度的操作。其减短量称为“初压缩量”。通常重复了3-6次压缩后,宽度不再减短,即弹簧“定位”。经初压缩后弹簧发生永久变型。
八、弹簧防治举措
在实际工作中,压簧虽然遭到超出材料弹性限以外的力,也应能维持它的工作宽度。因而,成品簧的宽度应等于弹簧的估算宽度加初压缩量,可防止簧不到位,以免簧圈并紧时发生危险挠度,致使弹簧示性线发生异常而不到位。成品簧在热处理过程中,非常是需经淬硬和渗碳工艺,一定要将型腔横置(卧)在炉内,以防弹簧因自重作用而变短造成作业不到位。