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机械设计常用件:弹簧的基础知识汇总

2019-04-29佚名

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本文对弹簧的知识进行了汇总。

    弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件,弹簧在受载时能产生较大的弹性变形,并把机械功或动能转化为变形能,而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状,同时将变形能转化为机械功或动能。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度,刚度越大,则弹簧越硬。

一、弹簧的作用

    缓冲和减振。如汽车、火车车箱下的减振弹簧,各种缓冲器的缓冲弹簧等;

    控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹簧,离合器中的控制弹簧等;

    储存及输出能量。如钟表弹簧、枪闩弹簧等;

    测量力的大小。如弹簧秤,测力器中的弹簧等;

二、弹簧的分类

    按受力性质弹簧分为:拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。

    拉伸弹簧(简称拉簧)是承受轴向拉力的螺旋弹簧,拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时,拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。

    压缩弹簧(简称压簧)是承受向压力的螺旋弹簧,它所用的材料截面多为圆形,也有用矩形和多股钢萦卷制的,弹簧一般为等节距的,压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙,当受到外载荷时弹簧收缩变形,储存形变能。

    扭转弹簧属于螺旋弹簧。扭转弹簧可以存储和释放角能量或者通过绕簧体中轴旋转力臂以静态固定某一装置。扭转弹簧的端部被固定到其他组件,当其他组件绕着弹簧中心旋转时,该弹簧将它们拉回初始位置,产生扭矩或旋转力。

    还有两种不常见的空气弹簧和碳纳米管弹簧;

    空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气,利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧,用在高档车辆的悬架装置中可以大大改善车辆的平顺性,从而大大提高了车辆运行的舒适性,所以空气弹簧在汽车、铁路机车上得到了广泛的应用。

    碳纳米管弹簧:需要先制出碳纳米管薄膜,再利用纺丝技术将碳纳米管薄膜纺成碳纳米管弹簧。直径可以达上百微米,而长度可以达几厘米,有望应用于可伸缩导体、柔性电极、微型应变传感器、超级电容器、集成电路、太阳能电池、场发射源、能量耗散纤维等领域,还有望应用于医疗器械,比如拉力传感绷带等。

三、弹簧的材料和许用应力

    弹簧在工作中常受交变和冲击载荷,又要求有较大的变形,所以弹簧材料应具有高的抗拉强度、弹性极限和疲劳强度。在工艺上要有一定的淬透性、不易脱碳,表面质量好。

表1 弹簧常用材料及许用剪应力

弹簧常用材料及许用剪应力

表2 碳素弹簧钢丝的抗拉强度

碳素弹簧钢丝的抗拉强度

责任编辑:程玥
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