彈簧基礎(chǔ)知識培訓 (一)

彈簧基礎(chǔ)知識

一、彈簧的定義、作用、類型：

1.彈簧的定義：

彈簧是一種機械零件，它利用材料的彈性和結(jié)構(gòu)特點，在工作時產(chǎn)生變形，把機械功或者動能轉(zhuǎn)

變?yōu)樽冃文埽ㄎ荒埽蛘甙炎冃文埽ㄎ荒埽┺D(zhuǎn)變?yōu)闄C械功或者動能。

2.彈簧的作用：

（1）減震（2）控制運動（3）測量器材的衡定（4）儲存能量

3.彈簧的基本特性

（1）剛度：載荷與變形的關(guān)系（單位變形量所產(chǎn)生的載荷）.單位是：N/mm

柔度：單位載荷下產(chǎn)生的變形量.它與剛度成反比

（2）彈簧的變形能（變形所儲存的能量，儲存轉(zhuǎn)換-釋放）

（3）自振頻率

（4）彈簧受迫振動的振幅。

40彈簧的類型

4.1圓柱螺旋彈簧

圓截面材料圓柱螺旋壓縮彈簧

矩形截面材料圓柱螺旋壓縮彈簧

扁截面材料圓柱螺旋壓縮彈簧

不等節(jié)距圓柱螺旋彈簧

多股螺旋彈簧

圓柱螺旋拉伸彈簧

圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧

4.2非圓柱螺旋彈簧

截錐螺旋彈簧

中凹形螺旋彈簧

中凸形螺旋彈簧

組合螺旋彈簧

非圓形螺旋彈簧

4.3其它類型彈簧

線成型片彈簧.....

二、常用的名詞詮釋。

1.工作負荷：彈簧工作過程中承受的力和扭距。

2.彈簧剛度：單位變形量所產(chǎn)生的負荷.

3.彈簧柔度:單位工作負荷下所產(chǎn)生的變形量。

4.初拉力：密圈螺旋拉伸彈簧在冷卷時形成的內(nèi)應力，其值為彈簧開始產(chǎn)生拉伸變形時所需的

作用力。

5.自由高度（長度）：彈簧無負荷時的高度（長度）.

6.壓井高度：壓縮彈簧壓至各圈接觸時的理論高度。

7.總?cè)?shù)：沿螺旋軸線兩端間的螺旋圈數(shù)。

8.有效圈數(shù)：（工作圈數(shù)）計算彈簧剛度時的圈數(shù).

9.支承圈數(shù)：彈簧端部用于支承或者固定的圈數(shù)。

10.彈簧中徑：彈簧內(nèi)徑和外徑的平均值.

11.節(jié)距：螺旋彈簧兩相鄰有效圈截面中心線的軸向距離.

12.間距：（坑距）螺旋彈簧兩相鄰有效圈軸向間距。

13.旋繞比:彈簧中徑與線徑的比值。

14.高徑比:螺旋壓縮彈簧自由高度與中徑的比值.

15.立定處理：將熱處理后的壓縮彈簧壓縮到工作極限負荷下的高度或者壓并高度（拉伸到彈

簧工作極限下的長度，扭轉(zhuǎn)到工作極限扭轉(zhuǎn)角）一次或者多次短暫壓縮（拉伸或者扭轉(zhuǎn)）

以達到穩(wěn)定彈簧幾何尺寸的主要目的的一種工藝方法.（定型）

16.強壓(拉、扭)：將彈簧壓縮(拉、扭)至彈簧材料表層產(chǎn)生有益的工作應力反向殘存力,

以達到提高彈簧承載能力和穩(wěn)定幾何尺寸的一種工藝方法。(存儲能量)

17.疲勞試驗：考核彈簧疲勞性能的試驗.

三、形位公差:(形狀與位置的公差稱形位公差)

分類名稱符號分類名稱符號

直線度—平行度

定//

平面度垂直度I

形口向

狀真圓度

O傾斜度Z

公

位

差

置

線輪廓度A定同心度

公?

差位

同軸度—

面輪廓度位置度千

跳圓跳動/

動全跳動77

彈簧常用的符號和單位

A——彈簧材料截面面積(mm2)彎曲剛度(N/mm);系數(shù)

a--矩形截面材料垂直于彈簧軸線的邊長(mm);系數(shù)

B-—平板的彎曲剛度(N/mm)；系數(shù)

b一一高徑比；矩形截面材料平行于彈簧軸線的邊長；系數(shù)

C一一螺旋彈簧旋繞比；碟簧直徑比；系數(shù)

D------彈簧的中徑(mm)

D1--彈簧內(nèi)徑(mm)

D2-----彈簧外徑)(mm)

d——彈簧材料的直徑(mm)

E一一彈性模量(Mpa)

F一一彈簧的載荷(N)

P——彈簧的剛度(N/mm)

Fj——彈簧的工作極限載荷(N)

Fo一—圓柱拉伸彈簧的初拉力(N)

Fr——彈簧的徑向載荷(N)

F'r-----彈簧的徑向剛度(N/mm)

Fs--彈簧的試臉載荷(N)

f-----彈簧的變形量(mm)

fj——工作極限載荷Fj下的變量(mm)

fr——彈簧的靜變形量(mm)

fs一—試驗載荷Fs下彈簧的變形量(mm)；線性靜變形量(mm)

fo-拉伸彈簧對應于初拉力Fo的假設(shè)變形量(mm);膜片的中心變形量(mm)

G——材料的切變模量(MPa)

g----重車加速度，g=9800mm/s2

H——彈簧的工作高(長)度(mm)

Ho—-彈簧的自由高(長)度(mm)

Hs——彈簧試驗載荷下的高(長)度(mm)

h——碟形彈簧的內(nèi)截錐高度(mm)

I一一慣性矩(mm4)

Ip-----極慣性矩(mm4)

K--曲度系數(shù)；系數(shù)

Kt一一溫度修正系數(shù)

k___系數(shù)

L-----彈簧材料的展開長度(mm)

I——彈簧材料有效工作圈展開長度(mm)；板彈簧的自由弦長(mm)

M------彎曲力矩(Nomm)

m■■作用于彈簧上物體的質(zhì)量(kg)

m0--彈簧的質(zhì)量(kg)

N——變載荷循環(huán)次數(shù)

n一一彈簧的工作圈數(shù)

n2——彈簧的支承圈數(shù)

n,------彈簧的總?cè)?shù)

P'一一彈簧單圈的剛度(N.mm)

R--彈簧圈的中半徑(mm)

凡一一彈簧圈的內(nèi)半徑(mm)

R2——彈簧圈的外半徑(mm)

…阻尼系數(shù)

S——安全系數(shù)

T——扭轉(zhuǎn)剛度(Nomm/(°))

t——彈簧的節(jié)距

tc-----鋼索節(jié)距(mm)

U--變形能(Nomm);(N.mm。rad)

V-----彈簧的體積(mm3)

u—沖擊體的速度(mm/s)

Zm--抗彎截面系數(shù)(mm3)

2t-----抗扭截面系數(shù)(mm3)

a一一螺旋角(°)；系數(shù)

B-—鋼索擰角(°);圓錐半角(°);系數(shù)

6—?彈簧圈的軸向間隙(mm)

6r——組合彈簧圈的徑向間隙(mm)

C—系數(shù)

n—系數(shù)

0一-扭桿單位長度的扭轉(zhuǎn)角(rad)

K系數(shù)

U——若松比；長度系數(shù)

v——彈簧的自振頻率(Hz)

vr一—彈簧所受變載荷的激勵頻率(Hp

p----材料的密度(kg/mm3)

?！獜椈晒ぷ鲿r的正應力(MPa)

。b—一材料的抗拉強度(MPa)

。廠?彈簧的工作極限應力(MPa)

。s--材料的抗拉屈服點(MPa)

T--彈簧工作是的切應力(MPa)

Tb-----材料的抗剪強度(MPa)

Tj——彈簧的工作極限切應力(MPa)

To——材料的脈動扭轉(zhuǎn)疲勞極限(MPa)

Ts--材料的抗扭屈服點(MPa)

T-1一一材料的對稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)疲勞極限(MPa)

<P一一扭轉(zhuǎn)變形角(°);(rad)

從而保證彈簧在使用狀態(tài)下長期可靠地工作。

隨著機械向高速度、重載荷、質(zhì)量輕、體積小的方向發(fā)展，對彈簧也提出了更高的

要求。為了消除不利的剩余應力，改善彈簧表層的應力分布狀況、獲重高的有益應力，

除了在選擇材料和熱處理中采取措施外，在彈簧的創(chuàng)造中，時常采用機械強化工藝,

如拋丸處理、立定處、強壓（拉、扭）處理、滾壓處理等。

1.彈簧的熱處理工藝

彈簧的熱處理工藝，主要是根據(jù)彈簧材料的品種和加工狀態(tài)來制定的，概括起來

可分為三種類型。

第一和類型：凡是用經(jīng)過強化處理的鋼絲，如碳素彈簧鋼絲、琴鋼絲、油淬火回火彈

簧鋼絲和鋼帶以準成形工藝制作的彈簧，成形后只需進行去應力退火處理。

第二種類型：凡是用經(jīng)過固溶處理和冷拉強化的奧氏體不銹鋼、沉淀硬化的的不銹鋼

鋼絲、鋼帶和銅銀全金材料發(fā)冷成形工藝制作的彈簧，成形后需進行時效硬化處理。

第三種類型：凡是用熱成形和已退火材料冷卷的彈簧，均需進行淬火回火處理。

1O1彈簧的淬火

彈簧的淬火淬火就是把鋼加熱到臨界溫度A”或者Aj以上保溫一定時間，使

其奧氏體化，再以大于臨界冷卻速度急劇冷卻，從而獲得馬氏體組織的熱處理方法.

1.2彈簧的回火

彈簧的回火將淬火后的彈簧重新加熱到低于Ac〔的某一選定溫度，并保溫一定時

間，然后適宜產(chǎn)冷卻的工藝方法，叫做回火?；鼗鸬哪康氖牵韩@得所需要的力學性能，穩(wěn)

定彈簧的組織和尺寸發(fā)及消除內(nèi)應力。

2、彈簧的立定處理、強壓（強拉、強扭）處理

2o1立定處理對壓縮彈簧，是把彈簧縮到工作極限高度或者并緊高度數(shù)次，普通

是

3~5次；對拉伸彈簧，是把彈簧長度拉到工作極限長度數(shù)次；扭轉(zhuǎn)彈簧,是把彈簧順工

作方向扭轉(zhuǎn)到極限扭轉(zhuǎn)角數(shù)次。

2.2強壓（強拉、強扭）處理對玉縮彈簧是把彈簧壓至材料層的應力超過屈服點,

使表面產(chǎn)生負剩余應力，心部產(chǎn)生正剩余應力。更好發(fā)揮心部材料的作用（因為與載荷

產(chǎn)生的作用應力方向相反，相互抵消），提高使用壽命。

2o3彈簧的預制高度的計算彈簧經(jīng)過立定處理、強壓處理后自由高度降低。為了

要使彈簧達到圖樣上規(guī)定的自由高度，在卷簧時的卷制高度外要留出變形量，這個高度

就叫預制高度?；貫榱⒍ê蛷妷禾幚碛绊懙囊蛩剌^多，故變形量不能很精確的計算。

立定處理時螺旋壓縮彈簧的預制高度H'o=Kof.+（Ho-f.）

強壓處理時螺旋壓縮彈簧的預制高度H'o=（0.12^0.13）f.+Ho

Ho---------彈簧的自由高度過f.----------處理時的壓縮變形量Ko----------系數(shù)

彈簧的拋丸處理

拋丸處理俗稱噴丸處理或者噴丸強化。它是提高機械零件疲勞壽命的有效方法之一,

在彈簧創(chuàng)造業(yè)中廣泛應用.

拋丸處理就是發(fā)高速彈丸流噴射彈簧表面，使彈簧表層發(fā)生塑性變形，而形成為了一

定厚度的表面強化層。從應力狀態(tài)來看，強化層內(nèi)形成為了較高的剩余壓應力。由于

材料表面剩作壓應力的存在，當彈簧在承受變載荷時，可發(fā)抵消一部份變載荷作用下的

最大拉應力，從而提高彈簧的疲勞強度。從組織結(jié)構(gòu)看，強化層內(nèi)形成為了密度極高

的位錯，在隨后的變應力、溫度、或者二者同時的作用下，位錯逐漸羅列規(guī)則，形成多

邊形，即強化層內(nèi)逐漸形成更加弱小的亞晶料（亞結(jié)構(gòu)）。這種表面層冷作硬化的結(jié)

果，同樣也具有增加疲勞強度的作用。

此外，拋丸處量還能清除彈簧表面的疵點（弱小的缺陷、脫碳），減少應力集中等，從

而消除或者減少疲勞源。

彈簧的表面處理

彈簧的腐蝕其反應的類型可發(fā)為化學腐蝕及電化學腐蝕。它們都是彈簧表面金屬原

子的變化或者電子得失變成離子狀態(tài)的結(jié)果.

如果彈簧表面金屬只單純與周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應，而使彈簧引起腐蝕稱化學腐蝕.

例如彈簧在特殊干燥的大氣中氧化生成氧化膜，以及彈簧在非電解質(zhì)液體中與該液體或

者該液體中的雜質(zhì)發(fā)生化學變化等，屬于化學腐蝕.

如果彈簧與電解質(zhì)溶液接觸，由于微電池的作用而產(chǎn)生的腐蝕叫電化學腐蝕。例如

彈簧與酸性或者鹽類溶液接觸，這種溶液都是電解質(zhì)，由于彈簧表面的缺陷或者雜質(zhì)等

原因而形成電位差不同的電極以致彈簧不斷受到電解腐蝕；又例如彈簧處在潮濕大氣

中，由于大氣中的水蒸氣在彈簧表面上凝成水膜或者水珠，加之大氣中的腐蝕性氣體

(如工業(yè)廢氣中的二氧化硫和硫化氫或者海洋大氣中的鹽霧等)溶解于水膜或者水珠中

形成電解質(zhì).再加上彈簧金屬的雜質(zhì)或者缺陷亦或者形成電位差不同的電極，彈簧亦產(chǎn)

生電解腐蝕。這些都屬于電化學腐蝕.

彈簧受化學腐蝕是少量的、緩慢的，而受電化學腐蝕是主要的、普遍的.但普通來講化

學腐蝕與電化學腐蝕是同時存在的。

彈簧在創(chuàng)造、存放、使用等過程中，時常會遭受周圍介質(zhì)的腐蝕.由于彈簧在工作時

是靠彈力發(fā)揮作用，彈簧被腐蝕后彈力會發(fā)生改變而喪失功能，所以防止彈簧的腐蝕可

以保證彈簧的工作穩(wěn)定，并延長其使用壽命。

彈簧的工藝流程與檢驗

備料一一繞制一一除油?一手工一一熱處理一■立定-磨口?一噴丸一一低溫回火

(200°C,低于去應力退火的溫度,因為避免消除立定或者噴丸產(chǎn)生的效果)一一表面處理

-----包裝

具體工序檢驗程序如下：

1?繞制：(1)外觀(無變形、無毛刺、無傷痕、無銹漬、直線度、平面度、形狀與圖紙

相

符……)

(2)尺寸:運用量具或者專用量規(guī)按“作業(yè)指導書”進行檢驗，在測量自由高度時

,是測彈簧的最高點。當自重影響高度時，在水平方向測量.

(3)特性：力度、疲勞、扭轉(zhuǎn)測試：運用測力機、疲勞測試機、扭轉(zhuǎn)測試機

按“作業(yè)指導書”的要求進行測試.

2.除油：表面無油漬，烘干后保證彈簧無變形。

3.熱處理：（1）外觀（碳素鋼線熱后不可發(fā)藍，除油后熱處理的彈簧表面不可發(fā)黃，應

是材料本色）

（2）尺寸及特性要求：按“作業(yè)指導書”進行檢驗。

4。立定：（直線度）

將彈簧放在平臺上或者用直尺靠在彈簧表面，測量彈簧與平臺或者直尺之間的間隙值

O

5.磨口：（1）垂直度:用平板和直角尺測量彈簧外圓母線對端面的垂直度在無負荷狀態(tài)

下，彈簧與直角尺自轉(zhuǎn)一周后再檢查另一端測量垂直度的最大值。

（2）磨面：需磨端面的3/4（在沒有客戶特殊要求的情況下）

6,噴丸：（標準試片）

7.回火:⑴外觀

（2）尺寸及特性要求：按“作業(yè)指導書”進行檢驗.

8o表面處理;包括鍍鋅（白鋅、藍鋅、彩鋅、黑鋅...）、鍍銀、掛銘、磷化……。

外觀：無變形，無發(fā)黑、發(fā)黃，電鍍層無脫落.

9?包裝:按“作業(yè)指導書”進行全方位檢測.

圓柱螺旋彈簧的計算

一、圓柱螺旋壓縮彈簧的計算公式：

旋繞比C=D/d高徑比b=H0/D

剛度：F，=Gd4/8D3n=GD/8c4n（F^F/H^HJ

工作圈數(shù)：n=Gd4f/8FD3=GD/8c4F'

節(jié)距（收口1N）：（磨口時）t=H0-1o5d/n

（不磨口整圈時）t=Ho—2.5d/n

（不磨口半圈時）t=Ho—2.0d/n

二、圓柱螺旋拉伸彈簧的計算公式:

剛度F'