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。 1 第五讲:弹簧结构分析与制造工艺
（第四章：弹簧制造工艺）
2014-8-3，上海讲座用
第一节：概述
一:弹簧在电器产品中的应用
电器中常用的弹簧有：
※：螺旋弹簧：（1：压缩弹簧;2：垃伸弹簧;3：扭转弹簧；4：片黄）
1：压缩弹簧：
在交流直动式接触器中常常采用压缩弹簧－主要是触头压缩弹簧和铁心反力弹簧。如下特性。
电器的负载特性（机械特性）是电器的重要特性之一。作用在衔铁上的机械力和衔铁行程关系特性P或F＝称为机械特性，也称反力特性。
弹性元件（螺旋弹簧和簧片）构成。
弹簧构成电磁电器机械特性(反力特性)如图所示
此特性是由作用于衔铁的机械力和作用于触头的压力组合而成的特性.
在断路器上，触头也是采用压缩弹簧，如下所示： chjFchjFfzhFxzhFxchFFS r yxF,
图1 电器机械特性(反力特性) 。
。 2
2：垃伸弹簧
在断路器四连杆机构多数采用，拉伸弹簧：在直流接触器中的衔铁反力弹簧是拉伸弹簧。
3：扭转弹簧：
脱扣器上采用的扭簧。
4：片黄：在继电器中广泛采用。
从上述情况看，弹簧成为我们电器中一个十分重要的零件。它的质量直接影响我们各种电器的性能。
二:弹簧的基本性能
弹簧的基本性能是在载荷作用下产生形变，卸载时释放能量恢复原形；加载变形过程遵循一定的规律。
1：弹簧的特性线：
其特性就是：载荷P(M）与变形F()之间的关系曲线成为弹簧的特性线，如图4-1所示。弹簧的特性线大致有三种类型：①直线型；②渐增型；③渐减型。
有些弹簧的特性线是上述两种或三种的组合（图4-2），称为组合型特性线。如压缩弹簧C
d ab 触头弹簧 动触头
弧角 转轴
静触头 。
。 3 的特性线（图4-2a）在开始加载时为渐减型，当变形在整个工作区间的30%～70%时为直线性,在最后的30%时为渐增型.又如圆锥弹簧的特性线(图4-2c),加载开始为直线,到一定程度后,变为渐增型;蝶形弹簧的特性线(图4-2b)开始为渐减型,后为渐增型,整个特性线呈S形;图4-2d是两个不同高度压缩弹簧组合的特性线,加载开始只有一个弹簧承受载荷,当加载到一定程度时,第二个弹簧也开始承受载荷,特性线成为两个弹簧的特性线,因而其斜率发生了改变.拉伸弹簧的特性线基本上是一条直线,由于其线性好,故广泛用于电器元件和计量器具中.
精心整理
弹簧设计规范
一、弹簧的功能
弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的结构特点，它具有多次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。其主要功能有：
⑴、减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。
⑵、测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。
⑶、储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。
⑷、控制运动，如控制弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，控制内燃机气缸阀门开启的弹簧等。
二、弹簧的类型、特点和应用
弹簧的分类方法很多，按照所承受的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；按照形状的不同，弹簧可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘形弹簧和板弹簧等；按照使用材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧。各种弹簧的特点、应用见表1。
表1 弹簧的基本类型、特点和作用
名称 弹簧简图 特点及应用 名称 弹簧简图 特点及应用
圆柱形螺旋弹簧 图(a)承受拉力，图(b)承受压力，结构简单，制造方便，应用最为广泛 碟形弹簧 承受压力，缓冲及减振能力强，常用于重型机械的缓冲和减振装置。
圆柱形螺旋扭转弹簧 承受转矩，主要用于各种装置中的压紧和蓄能 环形弹簧 承受压力，是目前最强的压缩、缓冲弹簧，常用于重型设备，如机车车辆、锻压设备和机械中的缓冲装置。
圆锥形螺旋弹簧 承受压力，结构紧凑，稳定性好，防振能力较强，多用于承受大载荷和减振的场合 盘簧 承受转矩，能储存较大的能量，常用作仪器、钟表中的弹簧。
板弹簧 承受弯曲，变形大，吸振能力强，主要用于汽车、拖拉机和铁路车辆的悬挂装置。
在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。故本章主要讲述这类弹簧的结构形式、设计理论和计算方法。精心整理
三、弹簧使用的材料及其用途
弹簧钢的的主要性能要求是高强度和高屈服极限和疲劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强钢的淬透性和屈强比。
弹簧材料的选择
弹簧材料的选择，应根据弹簧承受载荷的性质、应力状态、应力大小、工作温度、环境介质、使用寿命、对导电导磁的要求、工艺性能、材料来源和价格等因素确定。
在确定材料截面形状和尺寸时，应当优先选用国家标准和部颁标准所规定的系列尺寸，尽量避免选用非标准系列规格的材料。
中、小型弹簧，特别是螺旋拉伸弹簧，应当优先用经过强化处理的钢丝，铅浴等温冷拔钢丝和油淬火回火钢丝，具有较高的强度和良好表面质量，疲劳性能高于普通淬火回火钢丝，加工简单，工艺性好，质量稳定。
碳素弹簧钢丝和琴钢丝冷拔后产生较大的剩余应力，加工弹簧后，存在较大的剩余应力，回火后尺寸变化较大，难以控制尺寸精度。油淬火回火钢丝是在钢丝是在钢丝拉拔到规定尺寸后进行调制强化处理，基本上没有剩余应力存在，成型弹簧后经低温回火，尺寸变化很小，耐热稳定性好于冷拔强化钢丝。
大中型弹簧，对于载荷精度和应力较高的应选用冷拔材或冷拔后磨光钢材。对于载荷精度和应力较低的弹簧，可选用热轧钢材。
钢板弹簧一般选用55Si2Mn、60Si2MnA、55SiMnVB、55SiMnMoV、60CrMn、60CrMnB等牌号的扁钢。 螺旋弹簧的材料截面，应优先选用圆形截面。正方形和矩形截面材料，承受能力较强，抗冲击性能好，又可使弹簧小型化，但材料来源少。且价格较高，除特殊需要外，一般尽量不选用这种材料。近年来，研制用圆钢丝轧扁代替梯形钢丝，取得了很好的效果。
在高温下工作的弹簧材料，要求强度有较好的热稳定性、抗松弛或蠕变能力、抗氧化能力、耐一定介质腐蚀能力。
弹簧的工作温度升高，弹簧材料的弹性模量下降，导致刚度下降，承载能力变小。因此，在高温下工作的弹簧必须了解弹性模量的变化率（值），计算弹簧承载能力下降对使用性能的影响。按照GB1239规定，普通螺旋弹簧工作温度超过60℃时，应对切变模量进行修正，其公式为：Gt=KtG 式中G——常温下的弹性模量；Gt——工作温度t下的切变模量；Kt——温度修正系数按表2—98选取。
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1 汽车钢板弹簧设计
第一节 悬架的定义、功能及其组成
悬架是现代汽车上的主要总成之一，它能够把车架（车身）与车轴（车轮）弹性的连接起来，其主要任务是传递作用在与车架和车轮之间的一切力和力矩，并且缓和由于路面不平而传给车身的冲击载荷，衰减由于冲击载荷引起的承载系统的振动，保证汽车的正常行驶。
悬架通常由弹性元件、导向机构及减振装置组成。弹性元件主要有：钢板弹簧，螺旋弹簧，橡胶弹簧，空气弹簧及油气弹簧等。在长期的发展过程中，由于钢板弹簧具有结构简单，制造成本较低，占用空间小，维修方便等一系列特点，因此目前在世界各国仍都在大量的采用钢板弹簧。
第二节．钢板弹簧的种类
一、 按力学性能特点分：
分为等刚度、两极刚度复式钢板弹簧、渐变刚度钢板弹簧。
二、 按截面形状分：
分为等截面板簧和变截面板簧
第三节．钢板弹簧的截面形状
目前国内钢板弹簧的截面形状有：
a矩形截面b单面双槽截面c带凸肋的截面
弹簧在设计成不对称形状，目的是把断面的中性轴移近受拉表面，减少弹簧的拉应力。此种材料也存在缺点
（1） 槽内容易储存泥沙加剧表面腐蚀。 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
2 （2） 轧制后在沟槽的对应拉面上，表面质量较差，双槽的比单槽的更严重。这种表面缺陷成为疲劳起源点。
注：在钢板弹簧的设计过程中应优先选择GB1222-84《弹簧钢》所规定的规格。
第四节．钢板弹簧的主要元件结构
一、第一片卷耳形式
钢板弹簧的卷耳形式一般有3种结构，上卷耳、下卷耳和平卷耳（柏林耳）。上卷耳使用的比较多，采用下卷耳主要是为了协调钢板弹簧与转向系的运动，下卷耳在载荷作用下容易张开。平卷耳可以减少卷耳的应力，因为纵向力作用方向和弹簧主片断面的中心线重合，对于不能增加主片厚度但又要保证主片卷耳强度的弹簧多采用平卷耳。但是平卷耳制造上比上述两种卷耳复杂，一般轿车多采用平卷耳或下卷耳。
