微课
弹簧的认知
一、弹簧的功能
（1）缓冲、吸振，比如汽车减震弹簧。
（2）存储及输出能量，比如钟表发条。
（3）测量载荷，典型应用就是弹簧秤。
（4）控制运动，汽车发动机中进气和排气在弹簧作用下实现开闭。
二、金属弹簧的类型
（一）承受扭矩切应力的弹簧
（2）变节距圆柱形压缩螺旋弹簧。
（3）圆锥形螺旋弹簧。
（二）承受弯曲应力的弹簧
（2）蝶形弹簧。
（3）平面蜗卷弹簧（亦称盘状弹簧）。
（4）板弹簧。
（三）承受压缩和拉伸应力的弹簧
三、圆柱形螺旋弹簧
（一）端部结构
1．圆柱形压缩螺旋弹簧端部结构形式
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。
压缩弹簧的端部结构形式
| 类型 | 冷卷压缩弹簧 | 热卷压缩弹簧 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 代号 | YⅠ | YⅡ | YⅢ | RYⅠ | RYⅡ |
| 简图 |  |
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| 端部结构型式 | 两端圈并紧并磨平 | 两端圈不并紧 | 两端圈不并紧 | 两端圈并紧并磨平 | 两端圈制扁并紧，不磨或磨平 |
| 支撑圈数 | 1或1.25 | 0.75或1 | 端面磨0.75 端面不磨0.5 |
1或1.5 | |
2．圆柱形拉伸螺旋弹簧端部结构形式
拉伸弹簧端部有挂钩，以便安装和加载。
拉伸弹簧的端部结构形式
| 代号 | 简图 | 端部结构形式 |
|---|---|---|
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LⅠ RLⅠ |
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半圆钩环 |
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LⅡ RLⅡ |
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圆钩环 |
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LⅢ RLⅢ |
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圆钩环压中心 |
| LⅣ |  |
偏心圆钩环 |
| LⅤ |  |
长臂半圆钩环 |
| LⅥ |  |
长臂小圆钩环 |
| LⅦ |  |
可调式钩环 |
| LⅧ |  |
两端具有可转式钩环 |
（二）主要参数及结构尺寸
1．主要参数
主要参数有：弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧节距、螺旋导程角和旋绕比。
旋绕比C=D/d，会影响弹簧的刚度、稳定性以及制造的难易程度，推荐在4~16之间取值，常取5~8。
旋绕比推荐值
| d（a）/mm | 0.2~0.4 | 0.5~1 | 1.5~2.2 | 2.5~6 | 7~16 | 18~50 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| C | 7~14 | 5~12 | 5~10 | 4~9 | 4~8 | 4~6 |
2．结构尺寸与基本参数关系
圆柱形螺旋弹簧基本参数
| 参数名称 | 符号 | 说明 |
|---|---|---|
| 弹簧丝直径 | d | 制造弹簧的钢丝直径 |
| 弹簧外径 | D2 | 弹簧的最大外径 |
| 弹簧内径 | D1 | 弹簧的最小外径 |
| 弹簧中径 | D | 弹簧的平均直径 |
| 有效圈数 | n | 弹簧保持相同节距的圈数 |
| 支撑圈数 | n2 | 起支撑作用的并紧圈数 |
| 总圈数 | n1 | 有效圈数和支撑圈之和 |
| 自由长度 | H0 | 弹簧在未受外力作用的长度 |
| 工作行程 | h | 弹簧的变形范围 |
| 旋绕比 | C | 中径与钢丝直接之比 |
| 节距 | t | 除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距 |
四、弹簧材料
（一）弹簧材料选择标准
（1）必须具有较高的弹性极限、强度极限、疲劳极限和冲击韧性。
（2）具有良好的热处理性能，热处理后应有经久不变的弹性，且脱碳性要小。
（3）对冷拔材料要求有均匀的硬度和良好的塑性。
（4）选择弹簧材料时，应综合考虑弹簧的功用、重要程度、工作条件(如载荷的大小和性质、周围的介质和工作温度等)以及加工和热处理等各种因素。
（二）常用螺旋弹簧材料
常用螺旋弹簧材料的性能和用途
| 材料 | 推荐硬度 | 特性和用途 | |
|---|---|---|---|
| 类别 | 牌号 | ||
| 碳素弹簧钢丝 |
65，70 65Mn，70Mn |
价廉，加工性能好，但淬透性差。适宜做小尺寸弹簧、不重要弹簧 | |
| 合金弹簧钢丝 |
60Si2Mn 60Si2MnA 70Si3MnA |
45~50HRC | 弹性极限、屈强比、淬透性和抗回火稳定性均较高，但脱碳倾向大。用作安全阀弹簧、机车升弓钩弹簧 |
| 60Si2CrA | 47~52HRC | 比硅锰钢屈服强度高。用作汽轮机汽封弹簧、调节弹簧 | |
| 50CrVA | 45~50HRC | 有良好的工艺性、淬透性和抗回火稳定性。用作气门弹簧、油嘴弹簧和安全阀弹簧 | |
| 30W4Cr2VA | 43~47HRC | 淬透性好。用作锅炉安全阀弹簧、蝶阀弹簧 | |
| 不锈钢弹簧丝 |
1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti |
42~48HRC | 工艺性能好，只能通过加工硬化方法提高强度。适宜制造小截面尺寸弹簧，如仪表中心垫圈、挡圈和涨圈 |
| 3Cr13 | 48~53HRC | 耐大气、蒸汽、水和弱酸腐蚀。适宜作较大尺寸的弹簧，成形后进行淬火、回火 | |
|
0Cr17Ni7AL 1Cr17Ni7 |
47~50HRC |
有很高的硬度，加工性能好。适宜制造形状复杂、表面状态要求高的弹簧 | |
| 弹性 合金丝 |
Ni36CrTiAL | 400~480HV | 强度、耐蚀性和抗磁性均高。用于航空仪表、精密仪表的弹性元件 |
| Ni42CrTiAL | 350~450HV | 恒弹性，加工性能好，耐腐蚀。用作灵敏恒弹性元件，如计时仪表和手表的游丝 | |
| Ni44CrTiAL | 400HV | 恒弹性。用于频率元件 | |
| Co40CrNiMo | 强度高，弹性后效低，耐腐蚀，无磁。用作钟表发条 | ||
| 铜合 金丝 |
QSi3-1 | 90~100HRC | 强度和耐磨性均高，低温时不降低塑性 |
|
QSn4-3 QSn6.5-0.1 |
强度和耐磨性均高，冷、热加工性能好，防磁，耐腐蚀。用作电表游丝 | ||
| QBe2 | 37~40HRC | 强度、硬度、疲劳强度和耐磨性均高，防磁，耐腐蚀，导电性好，撞击时无火花。用作电表游丝 | |
