螺旋彈簧

螺旋彈簧的發明家嚴格意義上應該是英國科學家胡克(RobertHooke），雖然那時螺旋壓縮彈簧已經出現並廣泛使用，但胡克提出了“胡克定律”——彈簧的伸長量與所受的力的大小成正比，正是根據這一原理，1776年，使用螺旋壓縮彈簧的彈簧秤問世。

不久，根據這一原理製作的專供鐘錶使用的彈簧也被胡克本人發明出來。而符合“虎克定律”的彈簧才是真正意義上的彈簧。碟形彈簧是法國人貝勒維爾發明的，是用金屬板料或鍛壓坯料而成的截錐形截面的墊圈式彈簧。在近代工業出現之後，除了碟形彈簧之外還出現了氣彈簧、橡膠彈簧、渦卷彈簧、模具彈簧、不鏽鋼彈簧、空氣彈簧、記憶合金彈簧等新型彈簧。

1.按工作時受載荷的特性不同，可將螺旋彈簧分為壓縮、拉伸和扭轉三種；

2.按照結構特點，可分為圓柱螺旋彈簧和變徑螺旋彈簧兩大類；變徑螺旋彈簧主要承受壓縮載荷;

3.按其形狀特點可分為圓錐形、渦卷形、中凹形和中凸形。

4.在生產和使用上，螺旋彈簧還可按成型方法與材料直徑大小不同分為：大型螺旋彈簧和小型螺旋彈簧兩類；前者通常是熱成形，後者是冷成形。

5.其他分類

螺旋彈簧類型較多，按外型可分為：

普通圓柱螺旋彈簧；

變徑螺旋彈簧。

按螺旋線方向可分為：

左旋彈簧；

右旋彈簧。

變徑螺旋彈簧分為：圓錐螺旋彈簧、蝸卷螺旋彈簧、中凹形螺旋彈簧。

圓柱形螺旋彈簧，結構簡單，製造方便，應用最廣。其特性線為直線，可作壓縮彈簧、拉伸彈簧和扭轉彈簧。當載荷大而徑向尺寸又有限制時，可將兩個直徑不同的壓縮彈簧套在一起使用，成為組合彈簧。

A——彈簧材料截面面積（mm²）；當量彎曲剛度（N/mm）；係數

a——距形截面材料垂直於彈簧軸線的邊長（mm）；係數

B——平板的彎曲剛度（N/mm）；係數

b——高徑比；距形截面材料平行於彈簧軸線的邊長（mm）；係數

C——螺旋彈簧旋繞比；碟簧直徑比；係數

D——彈簧中徑（mm）

D1——彈簧內徑（mm）

D2——彈簧外徑（mm）

d——彈簧材料直徑（mm）

E——彈簧模量（MPa）

F——彈簧的載荷（N）

F’——彈簧的剛度

Fj——彈簧的工作極限載荷（N）

Fo——圓柱拉伸彈簧的初拉力（N）

Fr——彈簧的徑向載荷（N）

F’r——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下的變形量（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——拉伸彈簧對應於處拉力Fo的假設變形量（mm）；膜片的中心變形量（mm）

G——材料的切變模量（MPa）

g——重力加速度，g=9800mm/s²

H——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）

h——碟形彈簧的內載錐高度（mm）

I——慣性矩（mm4）

Ip——極慣性矩（mm4）

K——曲度係數；係數

Kt——溫度修正係數

ρ——材料的密度（kg/mm³；）

σ——彈簧工作時的正應力（Mpa）

σb——材料抗拉強度（Mpa）

σj——材料的工作極限應力（Mpa）

σs——材料的抗拉屈服點（Mpa）

τ——彈簧工作時的切應力（Mpa）

k——係數

L——彈簧材料的展開長度（mm）

l——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——作用於彈簧上物體的質量（kg）

ms——彈簧的質量（kg）

N——變載荷循環次數

n——彈簧的工作圈數

nz——彈簧的支承圈數

n1——彈簧的總圈數

pˊ——彈簧單圈的剛度（N/mm）

R——彈簧圈的中半徑（mm）

R1——彈簧圈的內半徑（mm）

R2——彈簧圈的外半徑（mm）

r——阻尼係數

S——安全係數

T——扭矩；轉矩（N·mm）

Tˊ——扭轉剛度（N·mm /（º；））

t——彈簧的節矩

tc——鋼索節距（mm）

U——變形能（N·mm）；（N·mm·rad）

V——彈簧的體積（mm³；）

v——衝擊體的速度（mm/s）

Zm——抗彎截面係數（mm³；）

Zt——抗扭截面係數（mm³；）

α——螺旋角（º；）；係數

β——鋼索擰角（º；）；圓錐半形（º；）；係數

δ——彈簧圈的軸向間隙（mm）

δr——組合彈簧圈的徑向間隙（mm）

ζ——係數

η——係數

θ——扭桿單位長度的扭轉角（rad）

κ——係數

μ——泊松比；長度係數

ν——彈簧的自振頻率（Hz）

Vr——彈簧所受變載荷的激勵頻率（Hz）

τb——材料的抗剪強度（Mpa）

τj——彈簧的工作極限切應力（Mpa）

τo——材料的脈動扭轉疲勞極限（Mpa）

τs——材料的抗扭屈服點（Mpa）

τ-1——材料的對稱循環扭轉疲勞極限（Mpa）

φ——扭轉變形角（º；）；（rad）

1.精密的調節性能。即作用力與位移的關係非常靈敏；

2.柔軟性能好，即變形的範圍相對較寬；

3.製造比較容易；

4.結構比較緊湊；

5.能量利率高。

特性舉例：

圓錐螺旋彈簧的緩衝性能較好，能承受較大載荷。

蝸卷螺旋彈簧能儲存較多能量和承受較大載荷，但製造工藝較為複雜。

中凹形螺旋彈簧的性能與圓錐螺旋彈簧相似，多用於坐墊和床墊等。

彈簧鋼絲的載面有圓形和矩形等，以圓形截面最為常用。

螺旋彈簧即扭轉彈簧，是承受扭轉變形的彈簧，它的工作部分也是密繞成螺旋形。扭轉彈簧的端部結構是加工成各種形狀的扭臂，而不是勾環。扭轉彈簧常用於機械中的平衡機構，在汽車、機床、電器等工業生產中廣泛應用。

①控制機械的運動，如內燃機中的閥門彈簧、離合器中的控制彈簧等。

②吸收振動和衝擊能量，如汽車、火車車廂下的緩衝彈簧、聯軸器中的吸振彈簧等。

③儲存及輸出能量作為動力，如鐘錶彈簧、槍械中的彈簧等。

④用作測力元件，如測力器、彈簧秤中的彈簧等。彈簧的載荷與變形之比稱為彈簧剛度，剛度越大，則彈簧越硬。

彈簧是機械和電子行業中廣泛使用的一種彈性元件，彈簧在受載時能產生較大的彈性變形，把機械功或動能轉化為變形能，而卸載后彈簧的變形消失並回復原狀，將變形能轉化為機械功或動能。

我們知道，在彈性限度內，彈簧的伸長（或收縮）跟外力成正比。利用彈簧這一性質製成彈簧秤。

觀察各種電器開關會發現，開關的兩個觸頭中，必然有一個出頭裝有彈簧，以保證兩個出頭緊密接觸，是導通良好。如果接觸不良，接觸處的電阻變大，電流通過時產生的熱量變大，嚴重時還會是接觸處的金屬融化。卡口燈頭的兩個金屬柱都裝有彈簧也是為了接觸良好；至於螺口燈頭的中心金屬片以及所有插座的接插金屬片都是簧片，其功能都是使雙方緊密接觸，以保持到同良好。在盒式磁帶中，有一塊磷青銅的簧片，利用它彎曲形變時產生的彈力使磁頭與磁帶密切接觸。在訂書機中有一個長螺旋彈簧它的作用一方面是頂緊釘書釘，另一方面是當最前面的釘被推出后，可以將後面的釘送到最前面以備釘舒適推出，這樣，就能自動的將一個個釘推到最前面，直到釘全部推出為止。許多機器自動供料，自動步槍中的子彈自動上膛都靠彈簧的這種功能。此外，象夾衣服的夾子，圓珠筆，鋼筆套上的夾片都利用彈簧的緊壓功能夾在衣服上。

彈簧在外力作用下發生形變，撤去外力后，彈簧就能恢復狀態。很多工具和設備都是利用彈簧這一性質來複位的。例如，許多建築物大門的合頁上都裝了複位彈簧人們進出后，門會自動複位。人們還利用這一功能製成了自動傘、自動鉛筆等用品，十分方便。此外，各種按鈕和按鍵也少不了複位彈簧。

機械鐘錶，發條玩具都是靠上緊發條帶動。當發條被上緊時發條產生彎曲形變，存儲一定的彈性勢能。釋放后，彈性勢能轉變為動能，通過傳動裝置帶動轉動。在玩具槍和發令槍和軍用槍支也是利用彈簧的之一性質工作的。

在機車汽車車架與車輪之間裝有彈簧，利用彈簧的彈性來減緩車輛的顛簸。

當空氣從口琴，手風琴中的簧孔中流動時，衝擊簧片，簧片震動發出聲音。

一、承載車身重量，也就是說，平常車輛的重量大部分都是由彈簧來承擔的。

二、減緩道路顛簸的，螺旋彈簧是緩衝元件，當路面對輪子的衝擊力傳到螺旋彈簧時，螺旋彈簧產生變形，吸收輪子的動能，轉換為螺旋彈簧的位能（勢能），從而緩和了地面的衝擊對車身的影響。但是，螺旋彈簧本身不消耗能量，儲存了位能的彈簧將恢復原來的形狀，把位能重新變為動能。如果單獨使用彈簧而沒有消振元件，一些輕型汽車就會像雜技演員跳“蹦蹦床”一樣，受到一次衝擊后連續不斷地上下運動。

運用汽車製造中，在獨立懸掛的車軸分成兩段，每隻車輪由螺旋彈簧獨立安裝在車架下面，當一邊車輪發生跳動時，另一邊車輪不受影響，兩邊的車輪可以獨立運動，提高了汽車的平穩性和舒適性。