文档介绍：第15章 弹 簧
概述
、材料、许用应力和制造
受变载荷螺旋弹簧的强度计算
1）了解弹簧的功用、分类、材料及许用应力的确定。
2）驾紧而产生的内应力造成的，这个力称为初拉力F0只有外载荷超过初拉力F0后，弹簧才起先变形。使弹簧产生单位变形量所需的载荷，称为弹簧刚度，用K表示。由图15-4和图15-5可以看出，对于等节距的圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧，其特性曲线为一斜直线，即弹簧所产生的变形量λ与其所承受的载荷F成正比例关系，故刚度K＝F/λ＝常数，这种弹簧称为定刚度弹簧。
图15-5 圆柱螺旋拉伸弹簧特性曲线
弹簧的材料和制造
弹簧的材料和制造
1. 弹簧的材料
常见的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢和铜合金。几种主要弹簧材料的运用性能和许用应力见表15-2。
弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和乏累强度极限，不易松弛。同时要有较高的冲击韧性，良好的热处理性能等。
弹簧常在变载荷和冲击载荷作用下工作，而且要求在受极大应力的状况下，不产生塑性变形。
表15-2 螺旋弹簧的常用材料和许用应力
表15-3 GB4357-89碳素弹簧钢丝抗拉强度
卷制是把合乎技术条件规定的弹簧丝卷绕在芯棒上。大量生产时，是在万能自动卷簧机上卷制；单件小批生产时，则在一般车床上或在手动卷绕机上卷制。
弹簧的卷绕方法有冷卷和热卷两种。弹簧丝直径小于8～10 mm时用冷卷法，反之，则用热卷法。冷卷法是用已经过热处理的冷拉碳素弹簧钢丝在常温下卷绕，卷成后一般不再经淬火处理， 只经低温回火以消退内应力。热卷需先加热(通常为800℃～1000℃，按弹簧丝直径大小选定)，卷成后再经淬火和回火处理。
螺旋弹簧的制造工艺包括卷绕、两端面加工(压缩弹簧)或制作挂钩(拉伸弹簧和扭转弹簧)、热处理工艺试验，必要时还需进行强压处理或喷丸处理。
2. 弹簧的制造
强压处理是使弹簧在超过极限载荷下受载6～48小时；
喷丸处理是用确定的速度向弹簧喷射钢丸或铸铁丸。
为了提高弹簧的承载实力，在弹簧制成后，可再进行强压处理或喷丸处理等强化措施。
这两种强化处理都是使弹簧的表层产生塑性变形，保留有利的残余应力。由于残余应力的方向恰与工作应力相反，故在弹簧受载时可抵消部分工作应力。经强化处理的弹簧，不宜在较高温度(150℃～450℃)和长期振动及有腐蚀介质的场合工作。
弹簧的许久强度和抗冲击强度，在很大程度上取决于弹簧丝的表面状况。所以弹簧丝表面必需光滑， 没有裂纹和伤痕等缺陷。表面脱碳会严峻影响材料的许久强度和抗冲击强度， 因此脱碳层深度和其他表面缺陷应在验收弹簧的技术条件中具体规定。
此外，弹簧还须进行工艺试验和依据弹簧技术条件的规定进行精度、冲击、乏累等试验，以检验弹簧是否符合技术要求。
重要用途的弹簧还需进行表面疼惜处理（如镀锌），一般的弹簧一般涂油或漆。
图15-3 圆柱螺旋压缩弹簧的端面圈
圆柱螺旋弹簧的结构
圆柱螺旋弹簧的端部结构形式很多，压缩弹簧的两端各有 圈与邻圈并紧，只起支撑作用，不参与变形，故称支撑圈（或死圈）。支撑圈端面与弹簧座接触，常见的端部结构有并紧磨平的YⅠ型和并紧不磨平的YⅡ型两种，如图15-3所示。 在重要场合应接受YⅠ型以保证两支承端面与弹簧的轴线垂直， 从而使弹簧受压时不致歪斜。两端磨平部分的长度不少于3/4 圈， 弹簧丝末端厚度一般为d／4。
圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的几何参数和特性曲线
拉伸弹簧的端部制出挂钩，以便安装和加载。 常用的端部结构形式如图15-2所示。 其中，LⅠ型和LⅡ型制造便利，应用广泛，但因在挂钩过渡处产生很大的弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径d≤10 mm的弹簧，LⅦ型和LⅧ型挂钩受力状况较好， 且可转向任何位置， 便于安装。 对受力较大的重要弹簧， 最好接受LⅦ型挂钩， 但其制造成本较高。
图15-2 圆柱螺旋压缩弹簧的端部结构
基本参数和几何尺寸
图15-5 圆柱螺旋弹簧的几何参数
表15-4 圆柱螺旋弹簧的结构尺寸计算公式
圆柱螺旋弹簧的设计计算
强度计算
弹簧的强度计算是为了确定弹簧丝的直径。
图15-6 圆柱螺旋压缩弹簧的受力分析及应力分布
设一圆柱压缩弹簧受轴向载荷F作用，为求弹簧丝截面上的内力，可假想将弹簧用垂直于簧丝轴线的截面切开，如忽视螺旋升角的影响，则该截面可近似看成在弹簧的轴截面内，如图15-6（a）所示。
依据上半段弹簧的平衡条件