扭转圆柱螺旋弹簧
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这种弹簧钢（如65Mn）与碳素弹簧钢相比， 优点是淬透性较好和强度较高；缺点是淬火后 容易产生裂纹及热脆性。但由于价格便宜，所 以一般机械上常用于制造尺寸不大的弹簧，例 如离合器弹簧等。
3、硅锰弹簧钢
这种钢（例如60Si2MnA）中 因为加入了硅，所以可以显著提高 弹性极限，并提高了回火稳定性， 因而可以在更高的温度下回火，从 而得到良好的力学性能。硅锰弹簧 钢在工业上得到了广泛的应用一般 用于制造汽车、拖拉机的螺旋弹簧。
对于重要的压缩弹簧，为了保证两端 面的承压面与其轴线垂直，应将端面圈 在磨床上磨平。
此外，弹簧还须进行工艺试验和根 据弹簧的技术条件的规定进行精度、冲 击、疲劳等试验，以检验弹簧是否符合 技术要求。弹簧的持久强度和抗冲击强 度取决于弹簧丝的表面状况（如光洁度、 裂纹、伤痕等），表面脱碳会严重影响 材料的性能。
制造方便。特性曲线呈线性，刚度稳定，应用 最为广泛。
图16－1
2、扭转圆柱螺旋弹簧 主要用于各种装置中的压紧和蓄能。
图16－2
3、圆锥螺旋弹簧 结构紧凑、稳定性好、多用于承受较大载
荷和减振，其防共振能力比不等节距圆柱螺旋 弹簧好。
图16－3
4、碟形弹簧 缓冲及减振能力强。采用不同的组合可
能得到不同的特性曲线。常用于重型机械的缓 冲及减振装置。
2）控制运动。例如内燃机的阀门弹簧，离合 器。制动器和凸轮机构中的弹簧等。这类弹簧 常要求在某变形范围内作用力变化不大。
3）储存和释放能量。例如自动机床的刀架自 动返回装置中的弹簧，经常开闭的容器中的弹 簧，仪表和仪器中的发条等。这类弹簧既要求 有较大的弹性，又要求有稳定的作用力。
4）测量力和力矩的大小。例如测力器、弹簧 秤中的弹簧等。这类弹簧要求有稳定的载荷－ 变形性能。
选择材料时，应考虑到弹簧的用途、重要 程度、使用条件（包括载荷性质、大小及循环 特性，工作持续时间，工作温度和周围介质情 况等），加工、热处理和经济性等因素。同时， 也要参照现有设备中使用的弹簧，选作出较为 合用的材料。
二、圆柱螺旋弹簧的制造及端部结构
为了便于使用，弹簧的端部一般会根 据需要做成各种各样的型式。圆柱螺旋弹 簧的端部结构型式及代号可以查阅 GB1239.6-92。
螺旋弹簧的制造工艺包括：1）卷制； 2）挂钩的制作或端面圈的精加工；3）热 处理；4）工艺试验及强压或喷丸处理。
卷制分冷卷及热卷两种。冷卷用于经 预先热处理后拉成的直径小于8～10mm的 弹簧丝，冷卷成弹簧后不再进行淬火处理， 只进行回火处理以消除在卷制时产生的内 应力；直径较大的弹簧丝制作的强力弹簧 则用热卷法，热卷时的温度依据弹簧钢丝 直径的大小在800ºC～1000ºC的范围内选 择，卷制完成后需要在进行淬火和回火处 理，热处理后的弹簧表面不应该出现显著 的脱碳层。
喷丸处理是在弹簧热处理后， 用钢丸或砂子高速喷射弹簧表面， 使其表面受到冷作硬化，产生有益 的残余应力，改善弹簧表面质量、 提高疲劳强度和冲击韧性的有效措 施。实践证明：如果使用适当，弹 簧经喷丸处理后，可提高疲劳强度 达50％。
图16－4
5、环形弹簧 具有很高的消振能力，是最强力的缓
冲弹簧。常用在铁路车辆、飞机着陆装置 的缓冲装置中。
图16－5
§16.2 弹簧的材料、许用应力和制造
一、弹簧的材料和许用应力
弹簧在工作时常受到变载荷或冲击载荷的作 用，为了保证弹簧能够持久可靠地工作，其材 料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，同时应 具有足够的韧性和塑性，以及良好的可热处理 性。
4、铬钒钢
这种钢 （例如50CrVA）中加入 钒的目的是细化组织，提高钢的强 度和韧性。这种材料的耐疲劳和抗 冲 击 性 能 良 好 ， 并 能 在 － 40ºC ～ 210ºC的温度下可靠的工作，但价格 较贵。多用于要求较高的场合，如 用于制造航空发动机调节系统中的 弹簧。
此外，某些不锈钢和青铜等材料，具有耐 腐蚀的特点，青铜还具有磁性和导电性，故常 用于制造化工设备中或工作于腐蚀介质中的弹 簧。其缺点是不容易热处理，力学性能较差， 所以在一般机械中很少采用。
弹簧的载荷－变形曲线称为弹簧 特性曲线，特性曲线的形式与弹簧的 结构有关。
按照所承受载荷的不同，弹簧可 以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹 簧和弯曲弹簧等四种。按照弹簧的形 状不同又可以分为螺旋弹簧、环形弹 簧、碟形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧 等。
1、等节距圆柱螺旋弹簧 此种圆截面簧丝的圆柱形弹簧结构简单，
第十六章 弹簧设计
教学目标
1．了解常用弹簧的类型、特点、 应用、材料及制造工艺；
2．掌握圆柱螺旋弹簧的设计计算 方法；
弹簧是靠弹性变形来实现其功 能的零件，它可以在载荷的作用下产 生较大的弹性变形。在机械设备和仪 器仪表中，弹簧的功能不同，其结构 类型有很多种。圆柱螺旋压缩（拉伸） 弹簧的应用最广。本章主要介绍其结 构、设计计算以及常用的弹簧特点和 应用。
§16.1 弹簧的功能、类型及特性曲线
弹簧在各类机械中的应用十分广泛， 是一种常用的弹性零件，其主要功能有：
1）缓冲吸振。例如汽车中的缓冲弹簧、 铁路机车车辆的缓冲器、弹性联轴器中的 弹簧等。这类弹簧具有较大的弹性变形， 以便吸收较多的冲击能量。有些弹簧在变 形过程中能依靠摩擦消耗部分能量以增加 缓冲和吸振的作用。
为了提高承载能力，还可以在弹簧制 成后进行强压处理或喷丸处理。强压处理 是使弹簧在超过极限载荷的作用下持续 6～8h，以便在弹簧丝表层产生高应力区， 产生塑变和有益的与工作应力反向的残余 应力，使弹簧在工作时的最大应力下降， 从而提高弹簧的承载能力。强压处理后的 弹簧不允许再进行热处理，也不宜在较高 温度（150ºC～450ºC）、交变载荷及腐蚀 介质中使用。
弹簧材料及性能可以查阅相关手册、规范 和标准（GB/T1239.6-92，GB4357-89）。常用 的弹簧钢主要有：
1、碳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ弹簧钢 这种弹簧钢（例如65、70钢）的优点是价格
便宜，原材料来源方便；缺点是弹性极限低， 多次重复变形后易失去弹性，并且不能在130ºC 的温度下正常工作。 2、低锰弹簧钢
3、硅锰弹簧钢
这种钢（例如60Si2MnA）中 因为加入了硅，所以可以显著提高 弹性极限，并提高了回火稳定性， 因而可以在更高的温度下回火，从 而得到良好的力学性能。硅锰弹簧 钢在工业上得到了广泛的应用一般 用于制造汽车、拖拉机的螺旋弹簧。
对于重要的压缩弹簧，为了保证两端 面的承压面与其轴线垂直，应将端面圈 在磨床上磨平。
此外，弹簧还须进行工艺试验和根 据弹簧的技术条件的规定进行精度、冲 击、疲劳等试验，以检验弹簧是否符合 技术要求。弹簧的持久强度和抗冲击强 度取决于弹簧丝的表面状况（如光洁度、 裂纹、伤痕等），表面脱碳会严重影响 材料的性能。
制造方便。特性曲线呈线性，刚度稳定，应用 最为广泛。
图16－1
2、扭转圆柱螺旋弹簧 主要用于各种装置中的压紧和蓄能。
图16－2
3、圆锥螺旋弹簧 结构紧凑、稳定性好、多用于承受较大载
荷和减振，其防共振能力比不等节距圆柱螺旋 弹簧好。
图16－3
4、碟形弹簧 缓冲及减振能力强。采用不同的组合可
能得到不同的特性曲线。常用于重型机械的缓 冲及减振装置。
2）控制运动。例如内燃机的阀门弹簧，离合 器。制动器和凸轮机构中的弹簧等。这类弹簧 常要求在某变形范围内作用力变化不大。
3）储存和释放能量。例如自动机床的刀架自 动返回装置中的弹簧，经常开闭的容器中的弹 簧，仪表和仪器中的发条等。这类弹簧既要求 有较大的弹性，又要求有稳定的作用力。
4）测量力和力矩的大小。例如测力器、弹簧 秤中的弹簧等。这类弹簧要求有稳定的载荷－ 变形性能。
选择材料时，应考虑到弹簧的用途、重要 程度、使用条件（包括载荷性质、大小及循环 特性，工作持续时间，工作温度和周围介质情 况等），加工、热处理和经济性等因素。同时， 也要参照现有设备中使用的弹簧，选作出较为 合用的材料。
二、圆柱螺旋弹簧的制造及端部结构
为了便于使用，弹簧的端部一般会根 据需要做成各种各样的型式。圆柱螺旋弹 簧的端部结构型式及代号可以查阅 GB1239.6-92。
螺旋弹簧的制造工艺包括：1）卷制； 2）挂钩的制作或端面圈的精加工；3）热 处理；4）工艺试验及强压或喷丸处理。
卷制分冷卷及热卷两种。冷卷用于经 预先热处理后拉成的直径小于8～10mm的 弹簧丝，冷卷成弹簧后不再进行淬火处理， 只进行回火处理以消除在卷制时产生的内 应力；直径较大的弹簧丝制作的强力弹簧 则用热卷法，热卷时的温度依据弹簧钢丝 直径的大小在800ºC～1000ºC的范围内选 择，卷制完成后需要在进行淬火和回火处 理，热处理后的弹簧表面不应该出现显著 的脱碳层。
喷丸处理是在弹簧热处理后， 用钢丸或砂子高速喷射弹簧表面， 使其表面受到冷作硬化，产生有益 的残余应力，改善弹簧表面质量、 提高疲劳强度和冲击韧性的有效措 施。实践证明：如果使用适当，弹 簧经喷丸处理后，可提高疲劳强度 达50％。
图16－4
5、环形弹簧 具有很高的消振能力，是最强力的缓
冲弹簧。常用在铁路车辆、飞机着陆装置 的缓冲装置中。
图16－5
§16.2 弹簧的材料、许用应力和制造
一、弹簧的材料和许用应力
弹簧在工作时常受到变载荷或冲击载荷的作 用，为了保证弹簧能够持久可靠地工作，其材 料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，同时应 具有足够的韧性和塑性，以及良好的可热处理 性。
4、铬钒钢
这种钢 （例如50CrVA）中加入 钒的目的是细化组织，提高钢的强 度和韧性。这种材料的耐疲劳和抗 冲 击 性 能 良 好 ， 并 能 在 － 40ºC ～ 210ºC的温度下可靠的工作，但价格 较贵。多用于要求较高的场合，如 用于制造航空发动机调节系统中的 弹簧。
此外，某些不锈钢和青铜等材料，具有耐 腐蚀的特点，青铜还具有磁性和导电性，故常 用于制造化工设备中或工作于腐蚀介质中的弹 簧。其缺点是不容易热处理，力学性能较差， 所以在一般机械中很少采用。
弹簧的载荷－变形曲线称为弹簧 特性曲线，特性曲线的形式与弹簧的 结构有关。
按照所承受载荷的不同，弹簧可 以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹 簧和弯曲弹簧等四种。按照弹簧的形 状不同又可以分为螺旋弹簧、环形弹 簧、碟形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧 等。
1、等节距圆柱螺旋弹簧 此种圆截面簧丝的圆柱形弹簧结构简单，
第十六章 弹簧设计
教学目标
1．了解常用弹簧的类型、特点、 应用、材料及制造工艺；
2．掌握圆柱螺旋弹簧的设计计算 方法；
弹簧是靠弹性变形来实现其功 能的零件，它可以在载荷的作用下产 生较大的弹性变形。在机械设备和仪 器仪表中，弹簧的功能不同，其结构 类型有很多种。圆柱螺旋压缩（拉伸） 弹簧的应用最广。本章主要介绍其结 构、设计计算以及常用的弹簧特点和 应用。
§16.1 弹簧的功能、类型及特性曲线
弹簧在各类机械中的应用十分广泛， 是一种常用的弹性零件，其主要功能有：
1）缓冲吸振。例如汽车中的缓冲弹簧、 铁路机车车辆的缓冲器、弹性联轴器中的 弹簧等。这类弹簧具有较大的弹性变形， 以便吸收较多的冲击能量。有些弹簧在变 形过程中能依靠摩擦消耗部分能量以增加 缓冲和吸振的作用。
为了提高承载能力，还可以在弹簧制 成后进行强压处理或喷丸处理。强压处理 是使弹簧在超过极限载荷的作用下持续 6～8h，以便在弹簧丝表层产生高应力区， 产生塑变和有益的与工作应力反向的残余 应力，使弹簧在工作时的最大应力下降， 从而提高弹簧的承载能力。强压处理后的 弹簧不允许再进行热处理，也不宜在较高 温度（150ºC～450ºC）、交变载荷及腐蚀 介质中使用。
弹簧材料及性能可以查阅相关手册、规范 和标准（GB/T1239.6-92，GB4357-89）。常用 的弹簧钢主要有：
1、碳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ弹簧钢 这种弹簧钢（例如65、70钢）的优点是价格
便宜，原材料来源方便；缺点是弹性极限低， 多次重复变形后易失去弹性，并且不能在130ºC 的温度下正常工作。 2、低锰弹簧钢