彈簧基礎(chǔ)知識(shí)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上彈簧基礎(chǔ)知識(shí)1、 概述1.1彈簧功用 彈簧是利用自身的變形產(chǎn)生力或儲(chǔ)存能量的機(jī)械零件。其主要功能有：控制機(jī)械的運(yùn)動(dòng)：如內(nèi)燃機(jī)中的閥門彈簧、離合器中的控制彈簧；吸收振動(dòng)和沖擊能量，如車輛中的緩沖彈簧、聯(lián)軸器的吸振彈簧；儲(chǔ)存及輸出能量作為動(dòng)力，如鐘表彈簧；用做測(cè)力元件，如測(cè)力器和彈簧秤中的彈簧等。1.2彈簧種類按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等四種；按照彈簧的形狀不同，彈簧有可以分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、碟形彈簧、板簧和盤簧等。其中螺旋彈簧是用彈簧絲卷繞制成的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可以根據(jù)受載情況制成各種型式，應(yīng)用最廣泛。1.3彈簧各部分名稱及

2、尺寸關(guān)系1、 彈簧絲直徑d：制造彈簧的鋼絲直徑。2、 彈簧外徑D：彈簧的最大外直徑3、 彈簧內(nèi)徑D1：彈簧的最小外徑4、 彈簧中徑D2：彈簧的平均直徑5、 t：除支撐圈外，彈簧相鄰兩圈對(duì)應(yīng)點(diǎn)在中徑上的軸向距離成為節(jié)距。6、 支撐圈數(shù)n2：為了使彈簧在工作時(shí)受力均勻，保證軸線垂直端面、制造時(shí)，常將彈簧兩端并緊。并緊的圈數(shù)僅起支撐作用，一般由1.5d、2d、2.5d,常用的是2d7、 有效支撐圈數(shù)n:彈簧能保持相同節(jié)距的圈數(shù)8、 總?cè)?shù)n1:有效圈數(shù)與支撐圈數(shù)的和.9、 自由長(zhǎng)度L:彈簧在未受外力作用下的長(zhǎng)度.10、 螺旋方向:有左右之分,常用右旋,圖紙未注明時(shí)用右旋.11、 彈簧剛度E:彈簧的載

3、荷變量與變形變量之比.12、 旋繞比C:也稱彈簧指數(shù),C=D2/d,其它條件相同時(shí),C值越小,彈簧內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力差越懸殊，材料利用率就越低。所以在設(shè)計(jì)彈簧時(shí)一般規(guī)定C>4。13、 螺旋升角：=arctgt/D2,圓拄螺旋壓縮彈簧一般應(yīng)在5°9°范圍內(nèi)選取。2、 彈簧使用材料及用途項(xiàng)目 名稱JIS代碼概略組成主要用途及特點(diǎn)單價(jià)級(jí)別JIS標(biāo)準(zhǔn)回火溫度熱后顏色1不銹鋼線SUS302和WPBC(碳)、Si(硅)、Mn(錳)、P(磷)、S(硫)、Ni(鎳)、Cr(鉻)、Mo(鉬) 經(jīng)過(guò)冷加工可得高強(qiáng)度，鐵路車輛、輸送機(jī)螺絲、螺帽、彈簧等，耐熱、耐蝕。中JISG431430048

4、0度之間米灰色亮白色SUS304和WPB 廣為使用于不銹鋼、耐熱鋼，又用于食品設(shè)備，一般儀學(xué)設(shè)備，原子力，耐熱耐蝕。2碳鋼線SWC SWBC(碳)、Si(硅)、Mn(錳)、P(磷)、S(硫) 硬拉鋼線，用于耐蝕性差，要求精度不高，鋼性較脆，成形后要表面處理或加防銹油。低JISG3521200400度之間淡茶色、茶色、青色、淡藍(lán)色、褐色3琴鋼線SWPA SWPBC(碳)、Si(硅)、Mn(錳)、P(磷)、S(硫)、Cu(銅)耐疲勞性佳，要求精度高。一般用于電池彈簧、開(kāi)關(guān)彈簧等、鋼性柔韌，成形后要表面處理或加防銹油。高JISG3522200400度之間同SWPA、SWPB4鈹銅線C1720WBe(

5、鈹)、 Mn(錳)、P(磷)Cu(銅)+Sn(錫)+P(磷)Ni(鎳)+Co(鈷)耐蝕性佳，于時(shí)效硬化處理前，富于展性時(shí)效硬化處理后，增加耐疲勞性，導(dǎo)電性時(shí)效硬化處理應(yīng)加工后，可制螺絲彈簧電刷，通訊器具（表面鍍銀、金）。特高JISH3270150°200°黃色5磷青銅C5191WSn(錫)、Zn(鋅)、P(磷) 耐疲勞性，耐蝕性、耐磨耗性佳，可制螺絲彈簧、扭簧、扣鈕、扎電機(jī)、通訊市場(chǎng)適用（鍍金、銀）。較高JISH3270150°200°黃色6其它 如油回火線、白銅線及其它線材，不常用，適用于航天科技。 鍍鎳線等同SWC+Ni。常需特別制做，造價(jià)昂貴。 彈

6、簧材料應(yīng)具有高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性和良好的熱處理性能。在選擇彈簧材料時(shí)，應(yīng)考慮到彈簧的使用條件、功用及其重要程度。所謂使用條件時(shí)指載荷性質(zhì)、大小及其循環(huán)特性，工作溫度和周圍介質(zhì)情況等。目前，鋼時(shí)最常用的彈簧材料。受力較小而又要求防腐蝕、防磁等特性時(shí)，可以采用有色金屬如鈹銅、磷銅等。非金屬?gòu)椈刹牧现饕窍鹉z，近年來(lái)正發(fā)展用塑料制造彈簧。軟木、空氣也可以用做彈簧材料。3、彈簧的制造彈簧的制造工藝包括：1）卷制；2）端面圈（支撐圈）的精加工；3）熱處理；4）工藝試驗(yàn)；5）表面處理3.1卷制 彈簧的卷繞是把合乎技術(shù)條件規(guī)定的彈簧絲卷繞在芯棒上。大量生產(chǎn)時(shí)，是在萬(wàn)能自動(dòng)卷簧機(jī)上卷制。卷制分冷卷

7、及熱卷兩種。彈簧絲直徑在8以下的用冷卷法，以上的用熱卷法。冷態(tài)下卷制的彈簧多用冷拉的、經(jīng)預(yù)熱處理的優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼絲，卷成后一般不再經(jīng)淬火處理，只經(jīng)低溫回火以消除內(nèi)應(yīng)力。熱卷時(shí)的彈簧溫度隨彈簧絲的粗細(xì)再8001000的范圍內(nèi)選擇，熱卷的彈簧卷成后必須經(jīng)過(guò)熱處理。采用任一種卷饒方法卷制后的彈簧均應(yīng)視具體情況對(duì)彈簧的節(jié)距作必要的調(diào)整。3.2端面圈的加工彈簧兩端各有0.751.25圈彈簧相接觸的支承圈，支承圈不參加彈性變形，其端面應(yīng)垂直于彈簧軸線。在變載荷的重要過(guò)程中，應(yīng)采用并緊磨平端。磨平長(zhǎng)度應(yīng)不小于一圈彈簧圓周長(zhǎng)度的四分之一，末端厚度大約為0.25d。3.3熱處理彈簧在完成上述工序之后，均應(yīng)進(jìn)行熱

8、處理。熱處理是在固態(tài)范圍內(nèi)通過(guò)一定的加熱、保溫以及冷卻改變其組織和性能的工藝，常用的熱處理方法為淬火及回火，淬火為提高彈簧硬度及剛性；回火是為了消除彈簧加工及淬火過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，提高彈簧使用壽命。淬火溫度根據(jù)彈簧絲材質(zhì)及實(shí)際使用要求在8001100之間選擇，回火溫度在400600之間選擇。 對(duì)于重要的彈簧還要進(jìn)行強(qiáng)壓處理。強(qiáng)壓處理是使彈簧在極限載荷作用下受載持續(xù)648小時(shí)，從而使彈簧絲內(nèi)部產(chǎn)生塑性變形和有意的殘余應(yīng)力，由于殘余應(yīng)力的符號(hào)與工作應(yīng)力相反，可提高彈簧的承載能力，一次強(qiáng)壓處理可提高25%的承載能力。為保持有益的殘余應(yīng)力，強(qiáng)壓處理后的彈簧不允許再進(jìn)行任何熱處理也不宜再較高溫度和長(zhǎng)期

9、振動(dòng)的環(huán)境下使用；由于金屬的性質(zhì)，冷作變形會(huì)使腐蝕過(guò)程加速，因此在有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中不宜采用強(qiáng)壓處理的彈簧。3.4工藝試驗(yàn) 彈簧在完成上述工序后必須進(jìn)行工藝試驗(yàn)和根據(jù)彈簧技術(shù)條件的規(guī)定進(jìn)行精度、沖擊、疲勞等試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其是否符合技術(shù)要求。3.5表面處理 彈簧的防腐方法一般采用保護(hù)層，根據(jù)保護(hù)層的性質(zhì)可分為：金屬保護(hù)層、化學(xué)保護(hù)、非金屬保護(hù)層和暫時(shí)性保護(hù)層。著重介紹前面三種： 不銹鋼彈簧和銅線彈簧本身就具有一定的防腐性能，一般不進(jìn)行防腐處理。3.5.1 彈簧的金屬保護(hù)層金屬保護(hù)層種類很多，就彈簧而言，一般是用電鍍金方法以獲得金屬保護(hù)層。電鍍保護(hù)層不但可以保護(hù)不受腐蝕，同時(shí)能改善彈簧的外觀。有些

10、電鍍金屬還能改善彈簧的工作性能，例如提高表面硬度，增加抗磨損力，提高熱穩(wěn)定性，防止射線腐蝕等。但如果單純?yōu)榱藦椈傻母g，一般應(yīng)選用電鍍鋅層與電鍍鎘層。 下表為彈簧常用電鍍層及性能表：NO表面處理簡(jiǎn)單工藝介紹鍍后顏色用途鍍層厚度鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)1鍍金(Au)除油酸洗鎳底鍍金烘干金色降低接觸電阻，耐磨耗，保真效果。0.040.06m薄 1.21.5m厚24H以上2鍍鉻(Cr)除油酸洗打銅底2次(堿銅、酸銅)鎳底鍍鉻烘干天藍(lán)色硬度高，耐磨性好，反光能力強(qiáng)，有較好的耐熱性。鉻0.5m薄 15m以上厚24H以上3鍍銀(Ag)除油酸洗打鎳底鍍銀烘干銀色導(dǎo)電性(金屬中)佳，導(dǎo)熱率佳。 連續(xù)噴8H,4鍍鎳(Ni)

11、電解除油酸洗打銅底(必要時(shí))鍍鎳(滾鍍)白色防腐性佳，焊錫，導(dǎo)電耐磨性。35m JIS3H(連續(xù)噴霧) 無(wú)電解除油酸洗鎳底(鎳磷合金化學(xué)分解)白色耐蝕性好(較電解)鍍層均勻。35m JIS 3H(連續(xù)噴霧) 5鍍錫(Sn)除油酸洗鎳底鍍錫亮白色便于焊錫，導(dǎo)電性一般。35m 24H以上6鍍鋅(Zn)黑鋅除油酸洗鍍鋅發(fā)黑黑色防銹(視產(chǎn)品要求)5m 以上 2H藍(lán)鋅除油酸洗鍍鋅發(fā)藍(lán)藍(lán)色防銹(視產(chǎn)品要求)5m 以上 2H五彩鋅除油酸洗鍍鋅發(fā)五彩五彩(赤橙黃綠青)防銹(視產(chǎn)品要求)5m 以上 2H白鋅除油酸洗鍍鋅烘干白色防銹(視產(chǎn)品要求)5m 以上 2H3.5.2彈簧的化學(xué)保護(hù)層 利用化學(xué)反應(yīng)的方法使彈簧

12、表面生成一層致密的保護(hù)膜，以防止彈簧腐蝕。通常采用氧化處理與磷化處理。1）氧化處理：氧化處理成本低、工藝配方較簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、氧化膜有一定的彈性，基本上不影響彈簧的特性曲線，所以氧化處理較廣泛地作為成形螺旋彈簧、彈簧墊圈及片彈簧等的防腐和裝飾措施。鋼的氧化處理亦稱發(fā)藍(lán)、發(fā)黑、煮黑。氧化處理后，彈簧表面生成保護(hù)性的磁性氧化鐵，此氧化膜一般呈藍(lán)色或黑色，也有時(shí)呈黑褐色。其顏色決定于彈簧的表面狀態(tài)、彈簧材料的化學(xué)成分和氧化處理工藝。氧化處理的方法有：咸性氧化法、無(wú)堿氧化法和電解氧化法。以采用堿性氧化法為多。彈簧經(jīng)氧化處理后的質(zhì)量檢驗(yàn)包括外觀檢查和抗蝕性檢查。2）磷化處理：彈簧放進(jìn)含有錳、鐵、鋅的磷

13、酸鹽溶液中，在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜的方法叫做磷化。磷化膜具有顯微孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)漆類、油類有良好的吸附能力，因此磷化常與涂漆等涂覆方法配合使用。在磷化后進(jìn)行重鉻酸鹽填充、浸油或涂漆，能進(jìn)一步提高其耐腐蝕性。彈簧在磷化過(guò)程中產(chǎn)生大量的氫氣，因此經(jīng)磷化后的彈簧具有氫脆現(xiàn)象。對(duì)于關(guān)鍵部位的彈簧，經(jīng)磷化處理后應(yīng)進(jìn)行去氫處理。 3.5.3彈簧的非金屬保護(hù)層非金屬保護(hù)層是在彈簧表面上浸涂或噴涂一層有機(jī)物質(zhì)，如油漆、瀝青、塑料等，以保護(hù)彈簧免遭腐蝕。非金屬保護(hù)層，膜層較厚，化學(xué)穩(wěn)定性好，有較好的機(jī)械防腐蝕作用，但硬度較低，易于刮傷損壞，同時(shí)膜層有老化現(xiàn)象。 4、影響彈簧疲勞強(qiáng)度的因素 1）屈服強(qiáng)

14、度：一般來(lái)說(shuō)，材料的屈服強(qiáng)度越高，疲勞強(qiáng)度也越高。為了提高彈簧的疲勞強(qiáng)度應(yīng)設(shè)法提高彈簧材料的屈服強(qiáng)度，或采用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比值高的材料。對(duì)同一材料來(lái)說(shuō)，細(xì)晶粒組織具有更高的屈服強(qiáng)度。 2）表面狀態(tài)：最大應(yīng)力多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以彈簧的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響很大。彈簧材料軋制、拉拔和卷制過(guò)程中造成的裂紋和傷痕等缺陷往往是造成彈簧疲勞斷裂的主要原因。材料表面的粗糙度越小，應(yīng)力集中越小，疲勞強(qiáng)度越高；在同一粗糙度的情況下，不同鋼種及不同卷制方法疲勞極限降低程度也不同，如冷卷彈簧降低程度就比熱卷彈簧小。因?yàn)闊峋韽椈杉捌錈崽幚砑訜嵊捎谘趸箯椈刹牧媳砻孀兇植诤彤a(chǎn)生脫碳現(xiàn)象，降低彈簧的疲勞強(qiáng)度。對(duì)材料表面進(jìn)行磨削、強(qiáng)壓