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弹簧基础知识1、 概述弹簧功用弹簧是利用自身的变形产生力或储存能量的机械零件。其主要功能有：限制机械的运动：如内燃机中的 阀门弹簧，离合器中的限制弹簧；汲取振动和冲击能量，如车辆中的缓冲弹簧，联轴器的吸振弹簧； 储存及输出能量作为动力，如钟表弹簧；用做测力元件，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。2、 2弹簧种类依据所承受的载荷不同，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；依据弹簧 的形态不同，弹簧有可以分为螺旋弹簧，环形弹簧，碟形弹簧，板簧和盘簧等。其中螺旋弹簧是用弹簧丝 卷绕制成的，结构简单且可以依据受载状况制成各种型式，应用最广泛。L3弹簧各局部名称及尺寸关系、弹簧丝直径d：制造弹簧的钢丝直径。（2）、弹簧外径D：弹簧的最大外直径（3）、弹簧内径D1：弹簧的最小外径（4）、弹簧中径D2：弹簧的平均直径（5）、t：除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距。（6）、支撑圈数n2：为了使弹簧在工作时受力匀称，保证轴线垂直端面，制造时，常将弹簧两端并紧。并紧的圈数仅起支撑作用，一般由l.5d, 2d, 2. 5d,常用的是2d、有效支撑圈数n:弹簧能保持相同节距的圈数（8）、总圈数nl:有效圈数与支撑圈数的和.、自由长度L:弹簧在未受外力作用下的长度.（助、螺旋方向：有左右之分，常用右旋，图纸未注明时用右旋.（11）、弹簧刚度E:弹簧的载荷变量与变形变量之比.、旋绕比C:也称弹簧指数,C=D2/d,其它条件相同时,C值越小，弹簧内，外侧的应力差越悬殊，材料 利用率就越低。所以在设计弹簧时一般规定04。（、螺旋升角Q：。=arctgt/nD2,圆拄螺旋压缩弹簧一般应在5。9。范围内选取。3、 弹簧运用材料及用途项 目名称JIS代码概略组成主要用途及特点单价级别JIS标准回火 温度热后颜色1不 锈 钢 线SUS302 和WPBC（碳）, Si（硅）, Mn（镒）,P（磷）, S（硫）,Ni（镇）, Cr（铭），Mo（钥）经过冷加工可得高强度，铁路车辆，输送机螺丝, 螺帽，弹簧等，耐热，耐蚀。中JISG4314300-480度 之间米灰色亮白色SUS304 和WPB广为运用于不锈钢，耐热钢，又用于食品设备， 一般仪学设备，原子力，耐热耐蚀。2碳 钢 线SWCSWBC（碳）, Si（硅）,Mn（ M ）, P（磷）, S（硫）硬拉钢线，用于耐蚀性差，要求精度不高，钢性较 脆，成形后要外表处理或加防锈油。低JISG3521200-400度 之间淡茶色，茶 色，青色， 淡蓝色，褐 色3琴 钢 线SWPASWPBC（碳）, Si（硅）, Mn（ M ）, P（磷）, S（硫），Cu（铜）耐疲惫性佳，要求精度高。一般用于电池弹簧，开 关弹簧等，钢性柔韧，成形后要外表处理或加防 锈油。高JISG3522200-400度 之间同SWPA,SWPB4钺 铜 线C1720WBe（镀）， Mn（镒）, P（磷）Cu（铜）+Sn（锡） +P（磷）Ni（锲）+Co（钻 ）耐蚀性佳，于时效硬化处理前，富于展性时效硬化 处理后，增加耐疲惫性，导电性时效硬化处理应加 工后，可制螺丝弹簧电刷，通讯器具（外表镀银, 金）。特 高JISH3270150。200°黄色5磷C5191Sn（锡）,Zn（锌）,耐疲惫性，耐蚀性，耐磨耗性佳，可制螺丝弹簧,较JISH3270150。黄色普WP（磷）扭簧，扣钮，扎电机，通讯市场适用（镀金,高200°铜银）。6其如油回火线，白铜线及其它线材，不常用，适用于航天科技。镀银线等同常需特殊制做，造价昂贵。它SWC+Nio弹簧材料应具有高的弹性极限，疲惫极限，冲击韧性和良好的热处理性能。在选择弹簧材料时，应考虑 到弹簧的运用条件，功用及其重要程度。所谓运用条件时指载荷性质，大小及其循环特性，工作温度和四周 介质状况等。目前，钢时最常用的弹簧材料。受力较小而又要求防腐蚀，防磁等特性时，可以采纳有色金属 如被铜，磷铜等。非金属弹簧材料主要是橡胶，近年来正开展用塑料制造弹簧。软木，空气也可以用做弹簧材料。3,弹簧的制造弹簧的制造工艺包括：1）卷制；2）端面圈（支撑圈）的精加工；3）热处理；4）工艺试验；5）外表 处理卷制弹簧的卷绕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。卷 制分冷卷及热卷两种。弹簧丝直径在8 mm以下的用冷卷法，以上的用热卷法。冷态下卷制的弹簧多用冷拉的, 经预热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷成后一般不再经淬火处理，只经低温回火以消退内应力。热卷时的弹簧 温度随弹簧丝的粗细再8001000C的范围内选择，热卷的弹簧卷成后必需经过热处理。采纳任一种卷饶方 法卷制后的弹簧均应视详细状况对弹簧的节距作必要的调整。3.1 端面圈的加工弹簧两端各有0.751.25圈弹簧相接触的支承圈，支承圈不参与弹性变形，其端面应垂直于弹簧轴线。 在变载荷的重要过程中，应采纳并紧磨平端。磨平长度应不小于一圈弹簧圆周长度的四分之一，末端厚度大 约为0.25d。3.2 热处理弹簧在完成上述工序之后，均应进行热处理。热处理是在固态范围内通过肯定的加热，保温以及冷却改 变其组织和性能的工艺，常用的热处理方法为淬火及回火，淬火为提高弹簧硬度及刚性；回火是为了消退弹 簧加工及淬火过程中产生的内应力，提高弹簧运用寿命。淬火温度依据弹簧丝材质及实际运用要求在800 1100之间选择，回火温度在400600之间选择。对于重要的弹簧还要进行强压处理。强压处理是使弹簧在极限载荷作用下受载持续648小时，从而使弹 簧丝内部产生塑性变形和有意的剩余应力，由于剩余应力的符号与工作应力相反，可提高弹簧的承载实力， 一次强压处理可提高25%的承载实力。为保持有益的剩余应力，强压处理后的弹簧不允许再进行任何热处理 也不宜再较高温度和长期振动的环境下运用；由于金属的性质，冷作变形会使腐蚀过程加速，因此在有腐蚀 性介质的环境中不宜采纳强压处理的弹簧。3.3 工艺试验弹簧在完成上述工序后必需进行工艺试验和依据弹簧技术条件的规定进行精度，冲击，疲惫等试验，以 检验其是否符合技术要求。3.4 外表处理弹簧的防腐方法一般采纳保护层，依据保护层的性质可分为：金属保护层，化学保护，非金属保护层和短 暂性保护层。着重介绍前面三种：不锈钢弹簧和铜线弹簧本身就具有肯定的防腐性能，一般不进行防腐处理。3.4.1 弹簧的金属保护层金属保护层种类许多，就弹簧而言，一般是用电镀金方法以获得金属保护层。电镀保护层不但可以 保护不受腐蚀，同时能改善弹簧的外观。有些电镀金属还能改善弹簧的工作性能，例如提高外表硬度，增 加抗磨损力，提高热稳定性，防止射线腐蚀等。但假如单纯为了弹簧的腐蚀，一般应选用电镀锌层与电镀 镉层。下表为弹簧常用电镀层及性能表：NO外表处理简单工艺介绍镀后颜色用途镀层厚度盐雾试验标准1镀金（Au）除油一酸洗一保底一镀 金f烘干金色降低接触电阻，耐磨耗，保真 效果。0.040.06 um薄1.21.5 u m 厚24H以上2镀铭（Cr）除油一酸洗一打铜底2 次（碱铜，酸铜）银底 f镀铭f烘干天蓝色硬度高，耐磨性好，反光实力 强，有较好的耐热性。格 0.5 u m 薄15nm以上厚24H以上3镀银（Ag）除油f酸洗f打锲底f 镀银一烘干银色导电性（金属中）佳，导热率佳。连续喷8H,4镀银 (Ni)电解除油一酸洗一打铜底（必 要时）f镀银（滚镀）白色防腐性佳，焊锡，导电耐磨性。35 u mJIS3H（连续喷 雾）无电解除油f酸洗f锲底（镇磷 合金化学分解）白色耐蚀性好（较电解）镀层匀称。35 u mJIS 3H（连续喷 雾）5镀锡（Sn）除油f酸洗f银底一镀 锡亮白色便于焊锡，导电性-一般。35 u m24H以上6镀锌 (Zn)黑锌除油一酸洗一镀锌一发 黑黑色防锈（视产品要求）5Hm以上2H蓝锌除油一酸洗一镀锌一发 蓝蓝色防锈（视产品要求）5 u m以上2H五彩锌除油一酸洗一镀锌一发 五彩五彩（赤橙 黄绿青）防锈（视产品要求）5Hm以上2H白锌除油一酸洗一镀锌一烘 干白色防锈（视产品要求）5Hm以上2H3.4.2 5. 2弹簧的化学保护层利用化学反响的方法使弹簧外表生成一层致密的保护膜，以防止弹簧腐蚀。通常采纳氧化处理与磷化处理。1）氧化处理：氧化处理本钱低，工艺配方较简单，生产效率高，氧化膜有肯定的弹性，基本上不影响 弹簧的特性曲线，所以氧化处理较广泛地作为成形螺旋弹簧，弹簧垫圈及片弹簧等的防腐和装饰措施。钢的 氧化处理亦称发蓝，发黑，煮黑。氧化处理后，弹簧外表生成保护性的磁性氧化铁，此氧化膜一般呈蓝色或 黑色，也有时呈黑褐色。其颜色确定于弹簧的外表状态，弹簧材料的化学成分和氧化处理工艺。氧化处理的 方法有：咸性氧化法，无碱氧化法和电解氧化法。以采纳碱性氧化法为多。弹簧经氧化处理后的质量检验包括外观检查和抗蚀性检查。2）磷化处理：弹簧放进含有镒，铁，锌的磷酸盐溶液中，在金属外表形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜的方法叫做磷化。磷化膜具有显微孔隙结构，对漆类，油类有良好的吸附实力，因此磷化常与涂漆等 涂覆方法协作运用。在磷化后进行重倍酸盐填充，浸油或涂漆，能进一步提高其耐腐蚀性。弹簧在磷化 过程中产生大量的氢气，因此经磷化后的弹簧具有氢脆现象。对于关键部位的弹簧，经磷化处理后应进行 去氢处理。3.4.3 弹簧的非金属保护层非金属保护层是在弹簧外表上浸涂或喷涂一层有机物质，如油漆，沥青，塑料等，以保护弹簧免遭 腐蚀。非金属保护层，膜层较厚，化学稳定性好，有较好的机械防腐蚀作用，但硬度较低，易于刮伤损坏, 同时膜层有老化现象。4,影响弹簧疲惫强度的因素1）屈服强度：一般来说，材料的屈服强度越高，疲惫强度也越高。为了提高弹簧的疲惫强 度应设法提高弹簧材料的屈服强度，或采纳屈服强度和抗拉强度比值高的材料。对同一材料来 说，细晶粒组织具有更高的屈服强度。2）外表状态：最大应力多发生在弹簧材料的表层，所以弹簧的外表质量对疲惫强度的影响 很大。弹簧材料轧制，拉拔和卷制过程中造成的裂纹和伤痕等缺陷往往是造成弹簧疲惫断裂 的主要缘由。材料外表的粗糙度越小，应力集中越小，疲惫强度越高；在同一粗糙度的状况下, 不同钢种及不同卷制方法疲惫极限降低程度也不同，如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。因 为热卷弹簧及其热处理加热由于氧化使弹簧材料外表变粗糙和产生脱碳现象，降低弹簧的疲惫 强度。对材料外表进行磨削，强压，抛丸和滚压等都可以提高弹簧的疲惫强度。3）腐蚀介质：弹簧在腐蚀介质中工作时，由于外表产生点蚀或外表晶界被腐蚀而成为疲惫 源，在交变应力作用下就会产生裂纹而导致断裂。例如在淡水中工作的弹簧钢，疲惫极限仅为 空气中的10-25%o4）温度：碳钢的疲惫强度，从室温到120时下降，从120C到350C又上升，温度高于 350又下降，在高温时没有疲惫极限。在高温条件下工作时的弹簧，要考虑采纳耐热钢。在 低于室温的条件下钢的疲惫极限有所增加。