彈簧基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

1、1/ 10彈簧基礎(chǔ)知識、彈簧的定義、作用、類型：1彈簧的定義：彈簧是一種機(jī)械零件，它利用材料的彈性和結(jié)構(gòu)特點，在工作時產(chǎn)生變形，把機(jī)械功或動能轉(zhuǎn)變 為變形能（位能），或把變形能（位能）轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功或動能。2彈簧的作用：（1）減震（2）控制運動（3）測量器材的衡定（4）儲存能量3彈簧的基本特性（1）剛度：載荷與變形的關(guān)系（單位變形量所產(chǎn)生的載荷） 。 柔度：單位載荷下產(chǎn)生的變形量 。 它與剛度成反比（2）彈簧的變形能（變形所儲存的能量，儲存轉(zhuǎn)換釋放）（3）自振頻率（4）彈簧受迫振動的振幅。4.彈簧的類型4 1圓柱螺旋彈簧圓截面材料圓柱螺旋壓縮彈簧 矩形截面材料圓柱螺旋壓縮彈簧 扁截面材料圓柱螺旋

2、壓縮彈簧 不等節(jié)距圓柱螺旋彈簧 多股螺旋彈簧 圓柱螺旋拉伸彈簧 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧42非圓柱螺旋彈簧截錐螺旋彈簧中凹形螺旋彈簧中凸形螺旋彈簧組合螺旋彈簧非圓形螺旋彈簧43其它類型彈簧線成型片彈簧 .二、常用的名詞詮釋。 1工作負(fù)荷：彈簧工作過程中承受的力和扭距。 2彈簧剛度：單位變形量所產(chǎn)生的負(fù)荷。 3彈簧柔度：單位工作負(fù)荷下所產(chǎn)生的變形量。 4初拉力：密圈螺旋拉伸彈簧在冷卷時形成的內(nèi)應(yīng)力，其值為彈簧開始產(chǎn)生拉伸變形時所需的 作用力。5自由高度（長度） ：彈簧無負(fù)荷時的高度（長度） 。6壓并高度：壓縮彈簧壓至各圈接觸時的理論高度。7總?cè)?shù)：沿螺旋軸線兩端間的螺旋圈數(shù)。8有效圈數(shù)：（工作圈數(shù)）計算

3、彈簧剛度時的圈數(shù)。9支承圈數(shù)：彈簧端部用于支承或固定的圈數(shù)。10.彈簧中徑：彈簧內(nèi)徑和外徑的平均值。11.節(jié)距：螺旋彈簧兩相鄰有效圈截面中心線的軸向距離。12.間距：（坑距）螺旋彈簧兩相鄰有效圈軸向間距。單位是： N/mm2/ 1013.旋繞比：彈簧中徑與線徑的比值。14.高徑比：螺旋壓縮彈簧自由高度與中徑的比值。15.立定處理：將熱處理后的壓縮彈簧壓縮到工作極限負(fù)荷下的高度或壓并高度（拉伸到彈簧 工作極限下的長度，扭轉(zhuǎn)到工作極限扭轉(zhuǎn)角）一次或多次短暫壓縮（拉伸或扭轉(zhuǎn)）以達(dá)到穩(wěn) 定彈簧幾何尺寸的主要目的的一種工藝方法。（定型）16.強壓（拉、扭）：將彈簧壓縮（拉、扭）至彈簧材料表層產(chǎn)生有益的工

4、作應(yīng)力反向殘余力,以達(dá)到提高彈簧承載能力和穩(wěn)定幾何尺寸的一種工藝方法。（存儲能量）17.疲勞試驗：考核彈簧疲勞性能的試驗。三、形位公差：（形狀與位置的公差稱形位公差）分類名稱符號分類疋 向名稱符號形狀公差直線度位置公差平行度P /平面度口垂直度丄真圓度O傾斜度線輪廓度疋位同心度面輪廓度同軸度位置度r -O跳 動 圓跳動/全跳動/彈簧常用的符號和單位A-彈簧材料截面面積（mm2）彎曲剛度（N/mm）;系數(shù)a矩形截面材料垂直于彈簧軸線的邊長（mm）；系數(shù)B平板的彎曲剛度（N/mm）;系數(shù)b高徑比；矩形截面材料平行于彈簧軸線的邊長；系數(shù)C螺旋彈簧旋繞比；碟簧直徑比；系數(shù)D-彈簧的中徑（mm）D1-彈

5、簧內(nèi)徑（mm）D2-彈簧外徑）（mm）d-彈簧材料的直徑（mm）E彈性模量（Mpa）F彈簧的載荷（N）F彈簧的剛度（N/mm）Fj 彈簧的工作極限載荷（N）3/ 104/ 10Fo圓柱拉伸彈簧的初拉力（ N ）Fr彈簧的徑向載荷（ N ）Fr-彈簧的徑向剛度（ N/mm ）Fs彈簧的試驗載荷（ N ）f彈簧的變形量（ mm）fj工作極限載荷 Fj 下的變量（ mm）fr彈簧的靜變形量（ mm ）fs試驗載荷 Fs 下彈簧的變形量（ mm）；線性靜變形量（ mm）fo拉伸彈簧對應(yīng)于初拉力 Fo 的假設(shè)變形量（mm）；膜片的中心變形量G材料的切變模量（ MPa）g重車加速度， g=9800mm/s

6、2H彈簧的工作高（長）度（ mm）Ho 彈簧的自由高（長）度（ mm）Hs 彈簧試驗載荷下的高（長）度（ mm）hI碟形彈簧的內(nèi)截錐高度（ mm）慣性矩（ mm4）Ip極慣性矩（ mm4）K曲度系數(shù)；系數(shù)Kt溫度修正系數(shù)k系數(shù)Ll彈簧材料的展開長度（ mm）彈簧材料有效工作圈展開長度（ mm）；板彈簧的自由弦長（ mm）M彎曲力矩（ N.mm）m作用于彈簧上物體的質(zhì)量 （kg）ms彈簧的質(zhì)量 （kg）N變載荷循環(huán)次數(shù)n彈簧的工作圈數(shù)nz彈簧的支承圈數(shù)nl彈簧的總?cè)?shù)p彈簧單圈的剛度（ N.mm）R彈簧圈的中半徑（ mm）R1彈簧圈的內(nèi)半徑（ mm）R2彈簧圈的外半徑（ mm）r阻尼系數(shù)S安全系

7、數(shù)T扭轉(zhuǎn)剛度 (N.mm/()t彈簧的節(jié)距tc鋼索節(jié)距 （mm）U變形能 (N.mm);(N.mm.rad)V彈簧的體積 （mm3）u沖擊體的速度 （mm/s）zm抗彎截面系數(shù) （mm3）zt抗扭截面系數(shù) （mm3）aB螺旋角 （ ）;系數(shù)鋼索擰角 （）;圓錐半角 （ ）;系數(shù)s彈簧圈的軸向間隙 （mm）Sr組合彈簧圈的徑向間隙 （mm）mm)5/ 10z系數(shù)n系數(shù)9扭桿單位長度的扭轉(zhuǎn)角（rad）K系數(shù)卩一一泊松比；長度系數(shù)v-彈簧的自振頻率（Hz）vr彈簧所受變載荷的激勵頻率（Hz）P-材料的密度（kg/mm3）（T彈簧工作時的正應(yīng)力（MPa）（T b材料的抗拉強度（MPa）門一一彈簧的工作

8、極限應(yīng)力（MPa）（Ts材料的抗拉屈服點（MPa）T彈簧工作是的切應(yīng)力（MPa）Tb材料的抗剪強度（MPa）Tj彈簧的工作極限切應(yīng)力（MPa）To材料的脈動扭轉(zhuǎn)疲勞極限（MPa）Ts-材料的抗扭屈服點（MPa）T-1材料的對稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)疲勞極限（MPa）-扭轉(zhuǎn)變形角（） ; （rad）彈簧的材料1 概述彈簧是在較高的應(yīng)力下工作，材料表面受力最大，彈簧材料的綜合力學(xué)性能和材料表面質(zhì) 量，直接影響到彈簧的質(zhì)量。保證和提高彈簧材料力學(xué)性能和物理化學(xué)性，是確保彈簧正常工 作的關(guān)鍵。彈簧材料用量最多的是彈簧鋼，其次是銅合金、鎳合金、高彈性和恒彈性合金以及橡膠和工 程塑料之類的非金屬材料。為了滿足某些彈簧的

9、特殊要求，也常常選用一些超高強度鋼、高速工具鋼、不銹耐酸鋼和熱 強鋼中的某些牌號做彈簧鋼的使用。1. 1通用彈簧鋼的現(xiàn)狀1.熱成型彈簧鋼材料熱成型彈簧都是一些較大型彈簧材料截面的具有高的彈性和優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，在鋼中除了加適當(dāng)?shù)奶剂浚ㄌ嫉馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.45%-1.0%），還應(yīng)加入強化基體和增加淬透性的合金元素，效果是顯著的是 Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V 等；一是加入微 量的活性元素，如 B、Ti、Zr、Nb 以及稀土元素的主要目的是穩(wěn)定組織狀態(tài)，從而提高彈簧材 料對微量塑性變形的抗力和抗松弛性。當(dāng)前世界各國正是根據(jù)上述合金原理發(fā)展通用彈簧鋼。6/ 10在我國彈簧鋼標(biāo)準(zhǔn) GB12

10、2284 中，共有 17 個鋼種，其中碳素鋼 3 種、錳鋼 1 種、硅錳鋼 3 種、含硼鋼 3 種、鉻錳鋼 4 種、硅鉻鋼、鉻釩鋼和鎢鉻釩各 1 種.彈簧用量最多的是中、小型彈簧，拉簧，扭簧和小彈簧。我司最常用的有碳素彈簧鋼絲：65Mn、70#、70A、70B、82B、55Si2Mn、60Si2Mn. 普通要求的產(chǎn)品用:65Mn、70#、70A、70B.高要求的產(chǎn)品用:82B、琴線 此類材料熱處理后外徑變小。1. 2 銅合金和鎳合金（廣泛用于航海、化工、電器、儀器等工業(yè)部門）銅合金有優(yōu)良的導(dǎo)電性、非磁性、導(dǎo)熱性以及良好的耐蝕性和耐磨性，冷拔（軋）強化后 有較高的強度，沖擊時不產(chǎn)生火花和易加工等

11、特點。熱處理溫度一般在180C220C。鎳合金有很高的耐腐蝕性，是制造食品加工機(jī)械上彈簧的良好材料。我司最常用的銅合金有：紅銅、青銅、黃銅、磷銅.我司最常用的鎳合金有：SUS301、SUS302、SUS304 （有磁性）、SUS316 （無磁性）.此類 材料熱處理后外徑變大。2.彈簧鋼絲的抗拉強度：單位 MPa （見圖表）1MPa=1N/mm2線徑越大抗拉強度越小，反之。（原因）彈簧的熱處理、強化處理和表面處理彈簧熱處里的目的就是在于充分發(fā)揮材料的潛力，使之達(dá)到或接近最佳的力學(xué)性能，從而保證彈簧在使用狀態(tài)下長期可靠地工作。隨著機(jī)械向高速度、重載荷、質(zhì)量輕、體積小的方向發(fā)展，對彈簧也提出了更高的

12、要求為了消除不利的剩余應(yīng)力，改善彈簧表層的應(yīng)力分布狀況、獲重高的有益應(yīng)力，除了 在選擇材料和熱處理中采取措施外，在彈簧的制造中，經(jīng)常采用機(jī)械強化工藝，如拋 丸處理、立定處、強壓（拉、扭）處理、滾壓處理等。1.彈簧的熱處理工藝彈簧的熱處理工藝，主要是根據(jù)彈簧材料的品種和加工狀態(tài)來制定的，概括起來2冷成型彈簧鋼材料7/ 10可分為三種類型。第一種類型：凡是用經(jīng)過強化處理的鋼絲，如碳素彈簧鋼絲、琴鋼絲、油淬火回火彈簧鋼絲和鋼帶以準(zhǔn)成形工藝制作的彈簧，成形后只需進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。第二種類型： 凡是用經(jīng)過固溶處理和冷拉強化的奧氏體不銹鋼、 沉淀硬化的的不銹鋼 鋼絲、鋼帶和銅鎳全金材料發(fā)冷成形工藝制作的

13、彈簧，成形后需進(jìn)行時效硬化處理。第三種類型：凡是用熱成形和已退火材料冷卷的彈簧，均需進(jìn)行淬火回火處理。1.1 彈簧的淬火彈簧的淬火 淬火就是把鋼加熱到臨界溫度 Ac3或 Ac1以上保溫一定時間，使其 奧氏體化，再以大于臨界冷卻速度急劇冷卻，從而獲得馬氏體組織的熱處理方法。1.2 彈簧的回火彈簧的回火將淬火后的彈簧重新加熱到低于 As 的某一選定溫度，并保溫一定時間，然后適宜產(chǎn)冷卻的工藝方法，叫做回火?；鼗鸬哪康氖牵韩@得所需要的力學(xué)性能， 穩(wěn)定彈簧的組織和尺寸發(fā)及消除內(nèi)應(yīng)力。2、彈簧的立定處理、強壓（強拉、強扭）處理2.1 立定處理 對壓縮彈簧，是把彈簧縮到工作極限高度或并緊高度數(shù)次，一般是 3

14、5 次；對拉伸彈簧，是把彈簧長度拉到工作極限長度數(shù)次；扭轉(zhuǎn)彈簧，是把彈簧順工 作方向扭轉(zhuǎn)到極限扭轉(zhuǎn)角數(shù)次。2.2 強壓（強拉、強扭）處理 對壓縮彈簧是把彈簧 壓至材料層的應(yīng)力超過屈服點， 使表面產(chǎn)生負(fù)剩余應(yīng)力，心部產(chǎn)生正剩余應(yīng)力。 更好發(fā)揮心部材料的作用（因為與載荷 產(chǎn)生的作用應(yīng)力方向相反，相互抵消） ，提高使用壽命。2.3 彈簧的預(yù)制高度的計算 彈簧經(jīng)過立定處理、強壓處理后自由高度降低。為了要 使彈簧達(dá)到圖樣上規(guī)定的自由高度，在卷簧時的卷制高度外要留出變形量，這個高度就 叫預(yù)制高度?；貫榱⒍ê蛷妷禾幚碛绊懙囊蛩剌^多，故變形量不能很精確的計算。8/ 10立定處理時螺旋壓縮彈簧的預(yù)制高度 H。二

15、 Kofj+（Ho-fj）強壓處理時螺旋壓縮彈簧的預(yù)制高度 Ho=（ 0.120.13） fj+HoHo-彈簧的自由高度過fj-處理時的壓縮變形量Ko-系數(shù)彈簧的拋丸處理拋丸處理俗稱噴丸處理或噴丸強化。它是提高機(jī)械零件疲勞壽命的有效方法之一，在彈簧制造業(yè)中廣泛應(yīng)用。拋丸處理就是發(fā)高速彈丸流噴射彈簧表面， 使彈簧表層發(fā)生塑性變形，而形成了一定 厚度的表面強化層。從應(yīng)力狀態(tài)來看，強化層內(nèi)形成了較高的剩余壓應(yīng)力。由于材料表 面剩作壓應(yīng)力的存在，當(dāng)彈簧在承受變載荷時，可發(fā)抵消一部分變載荷作用下的最大拉 應(yīng)力，從而提高彈簧的疲勞強度。從組織結(jié)構(gòu)看，強化層內(nèi)形成了密度極高的位錯，在 隨后的變應(yīng)力、溫度、或

16、二者同時的作用下，位錯逐漸排列規(guī)則，形成多邊形，即強化 層內(nèi)逐漸形成更加微小的亞晶料（亞結(jié)構(gòu)）。這種表面層冷作硬化的結(jié)果，同樣也具有 增加疲勞強度的作用。另外,拋丸處量還能清除彈簧表面的疵點（微小的缺陷、脫碳），減少應(yīng)力集中等，從而 消除或減少疲勞源。彈簧的表面處理彈簧的腐蝕其反應(yīng)的類型可發(fā)為化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕。 它們都是彈簧表面金屬原 子的變化或電子得失變成離子狀態(tài)的結(jié)果。如果彈簧表面金屬只單純與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而使彈簧引起腐蝕稱化學(xué)腐 蝕。例如彈簧在特別干燥的大氣中氧化生成氧化膜，以及彈簧在非電解質(zhì)液體中與該液 體或該液體中的雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化等，屬于化學(xué)腐蝕。如果彈簧與電解質(zhì)溶液接

17、觸，由于微電池的作用而產(chǎn)生的腐蝕叫電化學(xué)腐蝕。 例如 彈簧與酸性或鹽類溶液接觸，這類溶液都是電解質(zhì)，由于彈簧表面的缺陷或雜質(zhì)等原因 而形成電位差不同的9/ 10電極以致彈簧不斷受到電解腐蝕；又例如彈簧處在潮濕大氣中，由 于大氣中的水蒸氣在彈簧表面上凝成水膜或水珠，加上大氣中的腐蝕性氣體（如工業(yè)廢 氣中的二氧化硫和硫化氫或海洋大氣中的鹽霧等)溶解于水膜或水珠中形成電解質(zhì)。再 加上彈簧金屬的雜質(zhì)或缺陷亦或形成電位差不同的電極，彈簧亦產(chǎn)生電解腐蝕。這些都 屬于電化學(xué)腐蝕。彈簧受化學(xué)腐蝕是少量的、緩慢的，而受電化學(xué)腐蝕是主要的、普遍的。但一般來講 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕是同時存在的。彈簧在制造、存放、使

18、用等過程中，經(jīng)常會遭受周圍介質(zhì)的腐蝕。由于彈簧在工作時 是靠彈力發(fā)揮作用，彈簧被腐蝕后彈力會發(fā)生改變而喪失功能。所以防止彈簧的腐蝕可 以保證彈簧的工作穩(wěn)定，并延長其使用壽命。彈簧的工藝流程與檢驗備料繞制除油手工熱處理立定磨口噴丸低溫回火(200oC,低于去應(yīng)力退火的溫度，因為避免消除立定或噴丸產(chǎn)生的效果)一一表 面處理包裝具體工序檢驗程序如下 :1繞制:(1)外觀(無變形、無毛刺、無傷痕、無銹漬、直線度、平面度、形狀與圖紙相符.)(2) 尺寸:運用量具或?qū)Ｓ昧恳?guī)按 “作業(yè)指導(dǎo)書 ”進(jìn)行檢驗 ,在測量自由高度時 ,是 測彈簧的最高點 .當(dāng)自重影響高度時 ,在水平方向測量 .(3) 特性 : 力度

19、、疲勞、扭轉(zhuǎn)測試 :運用測力機(jī)、疲勞測試機(jī)、扭轉(zhuǎn)測試機(jī)按 “作 業(yè)指導(dǎo)書”的要求進(jìn)行測試。2.除油：表面無油漬，烘干后保證彈簧無變形。3.熱處理： (1)外觀(碳素鋼線熱后不可發(fā)藍(lán)，除油后熱處理的彈簧表面不可發(fā)黃，應(yīng)是材料本色 )10/ 10(2)尺寸及特性要求： 按 “作業(yè)指導(dǎo)書 ”進(jìn)行檢驗。4.立定:（直線度）將彈簧放在平臺上或用直尺靠在彈簧表面 ,測量彈簧與平臺或直尺之間的間隙值5.磨口:（1）垂直度 :用平板和直角尺測量彈簧外圓母線對端面的垂直度在無負(fù)荷狀態(tài)下 彈簧與直角尺自轉(zhuǎn)一周后再檢查另一端測量垂直度的最大值 .（2）磨面 :需磨端面的 3/4（在沒有客戶特殊要求的情況下 ）6.噴丸:（標(biāo)準(zhǔn)試片）7.回火:（1）外觀（2） 尺寸及特性要求： 按 “作業(yè)指導(dǎo)書 ”進(jìn)行檢驗。8.表面處理;包括鍍鋅（白鋅、藍(lán)鋅、彩鋅、黑鋅 ）、鍍鎳、掛鉻、磷化。外觀：無變形，無發(fā)黑、發(fā)黃，電鍍層無脫落。9包裝：按“作業(yè)指導(dǎo)書”進(jìn)行全方位檢測。圓柱螺旋彈簧的計算一、圓柱螺旋壓縮彈