弹簧的类型

弹簧的类型、工作特性及其应用

如按承载特点分：则有压缩弹簧、拉伸弹簧及扭转弹簧等；在压缩弹簧中，又可分为圆柱状和变径两大类，前者有圆形截面、矩形截面及多股压缩弹簧；后者有圆锥形、腰鼓形(中凹型、中凸型及组合型等)及蜗卷型；由于螺距不同，它又可分为等螺距和变螺距两类压缩螺旋弹簧；

弹簧的类型很多，可按弹黄形状、承载特点，制造方法及所用材料等方面进行分类。

如按形状分:则有螺旋弹黄、板(片)簧、杆簧、碟形弹簧、环形弹簧、平面蜗卷弹簧、截锥蜗卷螺旋弹簧以及其它特殊形状的弹簧；

如按承载特点分：则有压缩弹簧、拉伸弹簧及扭转弹簧等；在压缩弹簧中，又可分为圆柱状和变径两大类，前者有圆形截面、矩形截面及多股压缩弹簧；后者有圆锥形、腰鼓形(中凹型、中凸型及组合型等)及蜗卷型；由于螺距不同，它又可分为等螺距和变螺距两类压缩螺旋弹簧；

如按成型方法分：则有冷成型弹簧和热成型弹簧两大；

如按材质分：则有碳素钢弹簧、合金钢弹簧、不锈钢弹簧;磷青铜弹簧、铍青铜弹簧以及各种特殊合金弹簧等。在非金属材料方面:则有塑料弹簧、橡胶弹簧及陶瓷弹簧。

此外，还有液体弹簧及空气弹簧等。

在外力作用下，不论哪一种类型的弹黄，在其材料中所产生的应力往往是弯曲应力或扭转应力。根据材料中产生的主要应力类型来分，则弹簧的类型可归纳如表1-1所示。

1-1

应力类型弹簧类型

弯曲应力多板弹簧.薄板弹簧，扭转娜旋弹簧，蜗卷弹簧(包括发条弹簧).翻形弹簧

扭转应力压缩螺旋弹簧、拉伸螺旋弹簧、扭杆、截距蜗卷螺旋弹簧(即笋形弹簧)

拉·压应力环形弹簧

复合应力箍簧、Z字型（锯齿形）弹簧

设计和使用弹簧时，不仅要根据要求选择弹簧的类型和材料，而且要求出弹簧的具体尺寸，使它与所占空间的大小及许用应力的高低相适应。为了解决这些问题，经常要应用下列三个关系:

1 .弹簧的变形(位移)是载荷的函数，反之亦然；

2.材料中的最大应力是载软荷或变形的函数；

3.形变能(应变能)是载荷和变形的函数。

通常，把弹簧承受的载荷P(或扭矩T)和变形F(或扭转角φ)之间的关系曲线称为弹簧工作时的特性线。这种待性线有如下几种类型：印直线型、渐增型、渐减型及其它组合型, 如图1-1所示。圆柱形圆截面材料的压缩或拉伸弹簧、单板弹簧，扭杆弹簧、扭转弹簧及非接触平面蜗卷弹簧待都具有直线型的工作特性线(图1-1a)。而变节距的压缩弹簧、圆锥螺旋弹簧、各种变径的螺旋弹簧(中凸或中凹型)等都具有渐增型的特性线(图1-lb曲线1)；单纯渐减型特性线在弹簧设计中应用很少，多股压缩弹簧组合螺旋弹簧具有组合特性线(图1-1c)。多板弹簧、环形弹簧，碟形弹簧以及接触平面蜗卷

弹簧在加载与卸载时的特性线并不重合(图1-1d)。而空气弹簧与橡胶弹簧其有特殊形状的特性线。

即弹簧随着变形量的增加，使刚度增大。而曲线2则相反。图1-1c表示弹簧在变形量达到一定值以前，刚性为常值，而后继续加大交形时，弹赞的刚度急剧增大。

应当指出，弹簧的特性线对于其设计和选择具有重要作用。直线型特性的弹簧，刚度稳定，结构简单，制造方便，故应用最广泛。具有渐增型特性的弹簧，当载荷达到一定值后，刚度急剧增大，从而起到保护弹簧的作用。多板弹簧，环形及碟形弹簧等，由于摩擦损失，加载与卸载的特性线不重合，因而其有特别好的减震或缓冲功能。

设计一个使运动块停顿下来的弹簧(如缓冲弹簧等)时，弹性应变能是另一个重要因素，至少，它和运动块的动能(1/2mv2)同样大。

弹簧受载后所储存的能最称为弹簧的应变能(或称变形能)，用U表示。对于拉伸和压缩弹簧:

式中E为材料的(正)弹性模最; G为材料的切变模量；k为材料利用系数，它与弹簧类型有关，具休数字可参看表1-2,

由式(1-6)可知，单位体积应变能和弹簧材料的应力的平方成正比，和弹性模量盘E成反比，和弹簧的几何尺寸无关。模量低时，则弹簧的变形量和应变能大，但刚度小，提高材料中的应力就能迅速增大弹簧的应变能。

从表1-2可知，圆截面材料的螺旋拉伸或压缩弹簧的应变能比值与K值都比较高，说明材料的利用最好，因而这种弹簧的应用非常普及。将材料单纯地拉伸或压缩，这种弹簧的材料利用率最高，但承载后变形量很小，利用这种方法制造弹簧就相当困难，实际上，环形弹簧就是利用近似的原理进行设什的。除了增大应变能和提高材料的利用系数以外，

还必须从制造上是否方便，经济上是否合理加以考虑。