彈簧基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

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，把機械功或動能轉(zhuǎn)變

為變形能（位能），或把變形能（位能）轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功或動能。

2.彈簧的作用：

（1）減震（2）限制運動（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，儲存一一轉(zhuǎn)換一一釋放）

（3）自振頻率

（4）彈簧受迫振動的振幅?

4.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玉縮彈簧

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

組合螺旋彈贊

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(yīng)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.壓并高度：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）一次或多次短暫壓縮（拉伸或扭轉(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(yīng)力反向殘余力,

以達到提高彈簧承載實力和穩(wěn)定幾何尺寸的一種工藝方法。（存儲能量）

17.疲憊試驗：考核彈簧疲憊性能的試驗。

三，形位公差：（形態(tài)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

平面度口垂直度±

形向

態(tài)真圓度傾斜度

OZ

公

位

差

線輪廓度A置定同心度◎

公位

差同軸度—

面輪廓度位置度

跳

動圓跳動/

一全跳動//

彈簧常用的符號和單位

A一一彈簧材料截面面積（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——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——彈性模量（Mpa）

F——彈簧的載荷（N）

F——彈簧的剛度（N/mm）

Fj一一彈簧的工作極限載荷（N）

Fo---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---彈簧的試驗載荷（N）

f一一彈簧的變形量（mm）

fj一一工作極限載荷Fj下的變量（mm）

ft—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一一拉伸彈簧對應(yīng)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一一彈簧試驗載荷下的高（長）度（mm）

h一一碟形彈簧的內(nèi)截錐高度（mm）

I----慣性矩（mm，）

Ip---極慣性矩（mm4）

K一一曲度系數(shù)；系數(shù)

Kt一一溫度修正系數(shù)

k---系數(shù)

L——彈簧材料的綻開長度（mm）

1一一彈簧材料有效工作圈綻開長度（mm）；板彈簧的自由弦長（mm）

M---彎曲力矩（N.mm）

m——作用于彈簧上物體的質(zhì)量（kg）

ms---彈簧的質(zhì)量（kg）

N——變載荷循環(huán)次數(shù)

n—彈簧的工作圈數(shù)

n?---彈簧的支承圈數(shù)

m——彈簧的總?cè)?shù)

p——彈簧單圈的剛度（N.mm）

R——彈簧圈的中半徑（mm）

Ri---彈簧圈的內(nèi)半徑（mm）

R2---彈簧圈的外半徑（mm）

r一一阻尼系數(shù)

S―平安系數(shù)

T——扭轉(zhuǎn)剛度（N.mm/（°））

t——彈簧的節(jié)距

tc---鋼索節(jié)距（mm）

U---變形能（N.mm）;（N.mm.rad）

V---彈簧的體積（mn?）

u---沖擊體的速度（mm/s）

Zm---抗彎截面系數(shù)（mn?）

zt---抗扭截面系數(shù)（mn?）

a一—螺旋角（°）；系數(shù)

在我國彈簧鋼標(biāo)準(zhǔn)GB1222-84中，共有17個鋼種，其中碳素鋼3種，銹鋼1種，硅鑄

鋼

3種，含硼鋼3種，銘錦鋼4種，硅鋁鋼，銘帆鋼和鴇銘銳各1種.

2.冷成型彈簧鋼材料彈簧用量最多的是中，小型彈簧，拉簧，扭簧和小彈簧。

我司最常用的有碳素彈簧鋼絲：65Mn,70#,70A,70B,82B,55Si2Mn,

60Si2Mn........

一般要求的產(chǎn)品用:65Mn,70#,70A,70B...........

高要求的產(chǎn)品用：82B,琴線

此類材料熱處理后外徑變小。

1.2銅合金和銀合金（廣泛用于航海，化工，電器，儀器等工業(yè)部門）

銅合金有優(yōu)良的導(dǎo)電性，非磁性，導(dǎo)熱性以及良好的耐蝕性和耐磨性，冷拔（軋）強化后

有較高的強度，沖擊時不產(chǎn)生火花和易加工等特點。熱處理溫度一般在180C?220℃。

銀合金有很高的耐腐蝕性，是制造食品加工機械上彈簧的良好材料。

我司最常用的銅合金有：紅銅，青銅，黃銅，磷銅....

我司最常用的銀合金有：SUS301,SUS302,SUS304（有磁性），SUS316（無磁性）.此

類材料熱處理后外徑變大。

2.彈簧鋼絲的抗拉強度：單位MPa（見圖表）

lMPa=lN/mm2

線徑越大抗拉強度越小，反之。（緣由）

3.彈簧鋼絲線徑的檢測:

運用十字法檢測,鋼絲的橢圓度是線徑公差的一半。

彈簧的熱處理，強化處理和表面處理

彈簧熱處里的目的就是在于充分發(fā)揮材料的潛力，使之達到或接近最佳的力學(xué)性能，

從而保證彈簧在運用狀態(tài)下長期牢靠地工作。

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.為了消退不利的剩余應(yīng)力，改善彈簧表層的應(yīng)力分布狀況，獲重高的有益應(yīng)

力，除了在選擇材料和熱處理中實行措施外，在彈簧的制造中，常常采納機械強化工

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，主要是依據(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。

第一種類型：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(zhǔn)成形工藝制作的彈簧，成形后只需進行去應(yīng)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。

1.1彈簧的淬火

彈簧的淬火淬火就是把鋼加熱到臨界溫度AC3或Ac.以上保溫肯定時間，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Ad的某一選定溫度，并保溫肯定時

間，然后相宜產(chǎn)冷卻的工藝方法，叫做回火?；鼗鸬哪康氖牵韩@得所須要的力學(xué)性能，

穩(wěn)定彈簧的組織和尺寸發(fā)及消退內(nèi)應(yīng)力。

2,彈簧的立定處理，強壓（強拉，強扭）處理

2.1立定處理對壓縮彈簧，是把彈簧縮到工作極限高度或并緊高度數(shù)次，一般是

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；祖轉(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）處理對壓縮彈簧是把彈簧壓至材料層的應(yīng)力超過屈服點,

使表面產(chǎn)生負剩余應(yīng)力，心部產(chǎn)生正剩余應(yīng)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(yīng)力方向相反，相互抵消），提高運用壽命。

2.3彈簧的預(yù)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(yù)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(yù)制高度H、°=K4j+(HH)

強壓處理時螺旋壓縮彈簧的預(yù)制高度H、后(0.12?0.13)加H。

H。彈簧的自由高度過f處理畤的壓縮變形量Ko

彈簧的拋丸處理

拋丸處理俗稱噴丸處理或噴丸強化。它是提高機械零件疲憊壽命的有效方法之一，在

彈簧制造業(yè)中廣泛應(yīng)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，而形成了肯定

厚度的表面強化層。從應(yīng)力狀態(tài)來看，強化層內(nèi)形成了較高的剩余壓應(yīng)力。由于材料表

面剩作壓應(yīng)力的存在，當(dāng)彈簧在承受變載荷時，可發(fā)抵消一部分變載荷作用下的最大拉

應(yīng)力，從而提高彈簧的疲憊強度。從組織結(jié)構(gòu)看，強化層內(nèi)形成了密度極高的位錯，在

隨后的變應(yīng)力，溫度，或二者同時的作用下，位錯漸漸排列規(guī)則，形成多邊形，即強

化層內(nèi)漸漸形成更加微小的亞晶料?(亞結(jié)構(gòu))。這種表面層冷作硬化的結(jié)果，同樣也具

有增加疲憊強度的作用。

另外,拋丸處量還能清除彈簧表面的疵點(微小的缺陷，脫酸)，削減應(yīng)力集中等，從

而消退或削減疲憊源。

彈簧的表面處理

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

子的變化或電子得失變成離子狀態(tài)的結(jié)果。

假如彈簧表面金屬只單純與四周介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而使彈簧引起腐蝕稱化學(xué)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

體或該液體中的雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化等，屬于化學(xué)腐蝕。

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

彈簧與酸性或鹽類溶液接觸，這類溶液都是電解質(zhì)，由于彈簧表面的缺陷或雜質(zhì)等緣由

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水珠，加上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海洋大氣中的鹽霧等)溶解于水膜或水珠中形成電解質(zhì)。再

加上彈簧金屬的雜質(zhì)或缺陷亦或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(xué)腐蝕。

彈簧受化學(xué)腐蝕是少量的，緩慢的，而受電化學(xué)腐蝕是主要的，普遍的。但一般來

講化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕是同時存在的。

彈簧在制造，存放，運用等過程中，常常會遭遇四周介質(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)生改變而丟失功能。所以防止彈簧的腐蝕

可以保證彈簧的工作穩(wěn)定，并延長其運用壽命。

彈簧的工藝流程與檢驗

備料一一繞制一一除油一一手工一一熱處理一一立定一一磨口一一噴丸一一低溫回火

(200。。低于去應(yīng)力退火的溫度，因為避開消退立定或噴丸產(chǎn)生的效果)一一表面處

理一一包裝

詳細工序檢驗程序如下：

1.繞制：(1)外觀(無變形，無毛刺，無傷痕，無銹漬，直線度，平面度，形態(tài)與圖紙

相

符.?…)

(2)尺寸:運用量具或?qū)Ｓ昧恳?guī)按“作業(yè)指導(dǎo)書”進行檢驗，在測量自由高度時，是測彈

簧的最高點.當(dāng)自重影響高度時，在水平方向測量.

(3)特性：力度，疲憊，扭轉(zhuǎn)測試:運用測力機，疲憊測試機，扭轉(zhuǎn)測試機按

“作業(yè)指導(dǎo)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(yīng)是

材料本色）

（2）尺寸及特性要求：按“作業(yè)指導(dǎo)書”進行檢驗。

4.立定：（直線度）

將彈簧放在平臺上或用直尺靠在彈簧表面，測量彈簧與平臺或直尺之間的間隙值.

5.磨口:⑴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狀況下）

6.噴丸：（標(biāo)準(zhǔn)試片）

7.回火：（1）外觀

（2）尺寸及特性要求：按“作業(yè)指導(dǎo)書”進行檢驗。

8,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(dǎo)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

434

剛度：F'=Gd/8Dn=GD/8Cn（F2-FI/H2-HI）

工作圈數(shù)：n=Gd4f