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[!--downpath--]彈簧是機械和電子行業中廣泛使用的一種彈性器件,彈簧在受載時能形成較大的彈性變型,并把機械功或動能轉化為變型能,而在卸載后彈簧的變型消失并回復到原狀,同時將變型能轉化為機械功或動能。彈簧的荷載與變型之比稱為彈簧撓度,撓度越大,則彈簧越硬。
一、彈簧的作用
二、彈簧的分類
按受力性質彈簧分為:拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧。
拉伸彈簧(簡稱拉簧)是承受軸向拉力的螺旋彈簧,拉伸彈簧通常都用圓截面材料制造。在不承受負荷時,拉伸彈簧的圈與圈之間通常都是并緊的沒有間隙。
壓縮彈簧(簡稱壓簧)是承受向壓力的螺旋彈簧,它所用的材料截面多為方形,也有用圓形和多股鋼縈卷制的,彈簧通常為等節距的,壓縮彈簧的圈與圈之間有一定的間隙,當遭到外荷載時彈簧收縮變型,存放形變能。
扭轉彈簧屬于螺旋彈簧。扭轉彈簧可以儲存和釋放角能量或則通過繞簧體中軸旋轉力臂以靜態固定某一裝置。扭轉彈簧的端部被固定到其他組件,當其他組件繞著彈簧中心旋轉時,該彈簧將它們拉回初始位置,形成轉矩或旋轉力。
還有兩種不常見的空氣彈簧和碳納米管彈簧;
空氣彈簧是在柔性密閉容器中加入壓力空氣,借助空氣的可壓縮性實現彈性作用的一種非金屬彈簧,用在高端汽車的懸架裝置中可以大大改善汽車的平順性,因而大大提升了汽車運行的舒適性,所以空氣彈簧在車輛、鐵路機車上得到了廣泛的應用。
碳納米管彈簧:須要先制出碳納米管薄膜,再借助紡紗技術將碳納米管薄膜紡成碳納米管彈簧。半徑可以達上標頭米,而寬度可以達幾分米,有望應用于可伸縮導體、柔性電極、微型應變傳感、超級電容器、集成電路、太陽能電板、場發射源、能量耗散纖維等領域,還有望應用于醫療器械,例如拉力傳感器布條等。
三、彈簧的材料和許用撓度
彈簧在工作中常受交變和沖擊荷載,又要求有較大的變型,所以彈簧材料應具有高的伸長率硬度、彈性極限和疲勞硬度。在工藝上要有一定的淬透性、不易精餾,表面質量好。
四、彈簧的制造
螺旋彈簧的制造工藝過程包括:卷制、掛鉤的制做或錐面圈的精加工、熱處理和工藝性能試驗。
大量生產時,是在萬能手動卷簧機下卷制;單件及小批生產時,則在普通車床或手工制做。彈簧絲半徑大于或等于8mm時,常用冷卷法模具彈簧彈力的計算公式,卷前要熱處理,卷后要高溫滲碳。半徑小于8mm時,采用鋼坯(鋼坯氣溫800℃~1000℃)法,帶鋼后經調質和中溫滲碳處理,彈簧成型后要進行表面質量檢驗,表面應潔白、無傷痕、無脫臭等缺陷;受變荷載的彈簧,還須經噴砂等表面處理,以提升彈簧疲勞壽命。
壓簧拉簧扭簧的制造:(中文的,聽不懂看工藝過程)
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五、彈簧的端部結構
壓縮彈簧除出席變型的有效圈數n外,為了使壓縮彈簧工作時受力均勻,保證彈簧中心線垂直于錐面,彈簧兩端各有3/4~7/4圈并緊起支承作用,工作時不參與變型,故稱為死圈或支承圈。
拉伸彈簧端部有掛鉤,便于安裝和加載。常用的端部結構有四種型式;半圓鉤環、圓鉤環制造便捷,應用廣泛,但因掛鉤過渡處形成很大彎曲撓度,故只宜用于彈簧絲半徑d≤10mm的彈簧。可調式和可轉式掛鉤受力情況較好,且可轉向任何位置以易于安裝。
六、彈簧的撓度估算
▲壓縮彈簧的受力剖析
圖(a)為圓錐形螺旋壓縮彈簧,承受軸向工作荷載F由截面法剖析,得悉彈簧絲截面受彎矩F及轉矩T=FD/2,扭力造成的剪撓度為:
若考慮彎矩F導致剪撓度的影響和彈簧絲呈螺旋狀曲率影響,最大剪撓度t發生在彈簧外側圖(b),其數值與硬度條件應為:
式中C——旋繞比,C=D/d,可按表1選用
K——彈簧曲度系數,
K也可直接從表2查出,由表知,C越大,K對t的影響越小;
F——彈簧的工作荷載N;D——彈簧中徑mm;d——材料半徑mm。
在式1中,以彈簧的最大工作荷載F2取代F模具彈簧彈力的計算公式,便可得到按硬度條件估算彈簧鋼絲半徑的公式:
拉伸彈簧硬度估算方式與壓縮彈簧相同
七、彈簧不到位及失效緣由
在實際工作中,我們常見到彈簧不能把運動物體推到設定的位置,也就是說彈簧的估算自由寬度變短了。其主要誘因是沒有做出壓縮處理,就是把一根制導致的彈簧,用較大的力把它壓縮到他的壓縮高度或并緊高度(有必要的話),放開后不能恢復到他原先的自由寬度的操作。其減短量稱為“初壓縮量”。通常重復了3-6次壓縮后,寬度不再減短,即彈簧“定位”。經初壓縮后彈簧發生永久變型。
八、彈簧防治舉措
在實際工作中,壓簧雖然遭到超出材料彈性限以外的力,也應能維持它的工作寬度。因而,成品簧的寬度應等于彈簧的估算寬度加初壓縮量,可防止簧不到位,以免簧圈并緊時發生危險撓度,致使彈簧示性線發生異常而不到位。成品簧在熱處理過程中,非常是需經淬硬和滲碳工藝,一定要將型腔橫置(臥)在爐內,以防彈簧因自重作用而變短造成作業不到位。