彈簧基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn) (一)

彈簧基礎(chǔ)知識(shí)

一、彈簧的定義、作用、類(lèi)型：

1.彈簧的定義：

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

變?yōu)樽冃文埽ㄎ荒埽?，或者把變形能（位能）轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功或者動(dòng)能。

2.彈簧的作用：

（1）減震（2）控制運(yùn)動(dòng)（3）測(cè)量器材的衡定（4）儲(chǔ)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：?jiǎn)挝惠d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(chǔ)存的能量，儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換-釋放）

（3）自振頻率

（4）彈簧受迫振動(dòng)的振幅。

40彈簧的類(lèi)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(lèi)型彈簧

線成型片彈簧.....

二、常用的名詞詮釋。

1.工作負(fù)荷：彈簧工作過(guò)程中承受的力和扭距。

2.彈簧剛度：?jiǎn)挝蛔冃瘟克a(chǎn)生的負(fù)荷.

3.彈簧柔度:單位工作負(fù)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(shí)形成的內(nèi)應(yīng)力，其值為彈簧開(kāi)始產(chǎn)生拉伸變形時(shí)所需的

作用力。

5.自由高度（長(zhǎng)度）：彈簧無(wú)負(fù)荷時(shí)的高度（長(zhǎng)度）.

6.壓井高度：壓縮彈簧壓至各圈接觸時(shí)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(jì)算彈簧剛度時(shí)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(fù)荷下的高度或者壓并高度（拉伸到彈

簧工作極限下的長(zhǎng)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(dá)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(qiáng)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)力反向殘存力,

以達(dá)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(chǔ)能量)

17.疲勞試驗(yàn)：考核彈簧疲勞性能的試驗(yàn).

三、形位公差:(形狀與位置的公差稱(chēng)形位公差)

分類(lèi)名稱(chēng)符號(hào)分類(lèi)名稱(chēng)符號(hào)

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(dòng)/

動(dòng)全跳動(dòng)77

彈簧常用的符號(hào)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(zhǎng)(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(zhǎng)；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(yàn)載荷Fs下彈簧的變形量(mm)；線性靜變形量(mm)

fo-拉伸彈簧對(duì)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(chē)加速度，g=9800mm/s2

H——彈簧的工作高(長(zhǎng))度(mm)

Ho—-彈簧的自由高(長(zhǎng))度(mm)

Hs——彈簧試驗(yàn)載荷下的高(長(zhǎng))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(kāi)長(zhǎng)度(mm)

I——彈簧材料有效工作圈展開(kāi)長(zhǎng)度(mm)；板彈簧的自由弦長(zhǎng)(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(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角(rad)

K系數(shù)

U——若松比；長(zhǎng)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(lì)頻率(Hp

p----材料的密度(kg/mm3)

?！獜椈晒ぷ鲿r(shí)的正應(yīng)力(MPa)

。b—一材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)

。廠?彈簧的工作極限應(yīng)力(MPa)

。s--材料的抗拉屈服點(diǎn)(MPa)

T--彈簧工作是的切應(yīng)力(MPa)

Tb-----材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)

Tj——彈簧的工作極限切應(yīng)力(MPa)

To——材料的脈動(dòng)扭轉(zhuǎn)疲勞極限(MPa)

Ts--材料的抗扭屈服點(diǎn)(MPa)

T-1一一材料的對(duì)稱(chēng)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(zhǎng)期可靠地工作。

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

要求。為了消除不利的剩余應(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采取措施外，在彈簧的創(chuàng)造中，時(shí)常采用機(jī)械強(qiáng)化工藝,

如拋丸處理、立定處、強(qiáng)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(lái)制定的，概括起來(lái)

可分為三種類(lèi)型。

第一和類(lèi)型：凡是用經(jīng)過(guò)強(qiáng)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(jìn)行去應(yīng)力退火處理。

第二種類(lèi)型：凡是用經(jīng)過(guò)固溶處理和冷拉強(qiáng)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(jìn)行時(shí)效硬化處理。

第三種類(lèi)型：凡是用熱成形和已退火材料冷卷的彈簧，均需進(jìn)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(shí)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(shí)

間，然后適宜產(chǎn)冷卻的工藝方法，叫做回火。回火的目的是：獲得所需要的力學(xué)性能，穩(wěn)

定彈簧的組織和尺寸發(fā)及消除內(nèi)應(yīng)力。

2、彈簧的立定處理、強(qiáng)壓（強(qiáng)拉、強(qiáng)扭）處理

2o1立定處理對(duì)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(duì)拉伸彈簧，是把彈簧長(zhǎng)度拉到工作極限長(zhǎng)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(qiáng)壓（強(qiáng)拉、強(qiáng)扭）處理對(duì)玉縮彈簧是把彈簧壓至材料層的應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn),

使表面產(chǎn)生負(fù)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?yàn)榕c載荷

產(chǎn)生的作用應(yīng)力方向相反，相互抵消），提高使用壽命。

2o3彈簧的預(yù)制高度的計(jì)算彈簧經(jīng)過(guò)立定處理、強(qiáng)壓處理后自由高度降低。為了

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

就叫預(yù)制高度?；貫榱⒍ê蛷?qiáng)壓處理影響的因素較多，故變形量不能很精確的計(jì)算。

立定處理時(shí)螺旋壓縮彈簧的預(yù)制高度H'o=Kof.+（Ho-f.）

強(qiáng)壓處理時(shí)螺旋壓縮彈簧的預(yù)制高度H'o=（0.12^0.13）f.+Ho

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

彈簧的拋丸處理

拋丸處理俗稱(chēng)噴丸處理或者噴丸強(qiáng)化。它是提高機(jī)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(yīng)用.

拋丸處理就是發(fā)高速?gòu)椡枇鲊娚鋸椈杀砻?，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(qiáng)化層。從應(yīng)力狀態(tài)來(lái)看，強(qiáng)化層內(nèi)形成為了較高的剩余壓應(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(shí)，可發(fā)抵消一部份變載荷作用下的

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

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

邊形，即強(qiáng)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(qiáng)度的作用。

此外，拋丸處量還能清除彈簧表面的疵點(diǎn)（弱小的缺陷、脫碳），減少應(yīng)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(yīng)的類(lèi)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?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而使彈簧引起腐蝕稱(chēng)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

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

彈簧與酸性或者鹽類(lèi)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(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.但普通來(lái)講化

學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕是同時(shí)存在的。

彈簧在創(chuàng)造、存放、使用等過(guò)程中，時(shí)常會(huì)遭受周?chē)橘|(zhì)的腐蝕.由于彈簧在工作時(shí)

是靠彈力發(fā)揮作用，彈簧被腐蝕后彈力會(huì)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(zhǎng)其使用壽命。

彈簧的工藝流程與檢驗(yàn)

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(yīng)力退火的溫度,因?yàn)楸苊庀⒍ɑ蛘邍娡璁a(chǎn)生的效果)一一表面處理

-----包裝

具體工序檢驗(yàn)程序如下：

1?繞制：(1)外觀(無(wú)變形、無(wú)毛刺、無(wú)傷痕、無(wú)銹漬、直線度、平面度、形狀與圖紙

相

符……)

(2)尺寸:運(yùn)用量具或者專(zhuān)用量規(guī)按“作業(yè)指導(dǎo)書(shū)”進(jìn)行檢驗(yàn)，在測(cè)量自由高度時(shí)

,是測(cè)彈簧的最高點(diǎn)。當(dāng)自重影響高度時(shí)，在水平方向測(cè)量.

(3)特性：力度、疲勞、扭轉(zhuǎn)測(cè)試：運(yùn)用測(cè)力機(jī)、疲勞測(cè)試機(jī)、扭轉(zhuǎn)測(cè)試機(jī)

按“作業(yè)指導(dǎo)書(shū)”的要求進(jìn)行測(cè)試.

2.除油：表面無(wú)油漬，烘干后保證彈簧無(wú)變形。

3.熱處理：（1）外觀（碳素鋼線熱后不可發(fā)藍(lán)，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(shū)”進(jìn)行檢驗(yàn)。

4。立定：（直線度）

將彈簧放在平臺(tái)上或者用直尺靠在彈簧表面，測(cè)量彈簧與平臺(tái)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(cè)量彈簧外圓母線對(duì)端面的垂直度在無(wú)負(fù)荷狀態(tài)

下，彈簧與直角尺自轉(zhuǎn)一周后再檢查另一端測(cè)量垂直度的最大值。

（2）磨面：需磨端面的3/4（在沒(méi)有客戶(hù)特殊要求的情況下）

6,噴丸：（標(biāo)準(zhǔn)試片）

7.回火:⑴外觀

（2）尺寸及特性要求：按“作業(yè)指導(dǎo)書(shū)”進(jìn)行檢驗(yàn).

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

外觀：無(wú)變形，無(wú)發(fā)黑、發(fā)黃，電鍍層無(wú)脫落.

9?包裝:按“作業(yè)指導(dǎo)書(shū)”進(jìn)行全方位檢測(cè).

圓柱螺旋彈簧的計(jì)算

一、圓柱螺旋壓縮彈簧的計(jì)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(shí)）t=H0-1o5d/n

（不磨口整圈時(shí)）t=Ho—2.5d/n

（不磨口半圈時(shí)）t=Ho—2.0d/n

二、圓柱螺旋拉伸彈簧的計(jì)算公式:

剛度F'