浅析弹簧的应用
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[摘 要]弹簧是一种利用弹性来工作的零件，能够在载荷作用下产生较大的弹性 变形，同时利用材料的弹性形变进行缓冲、复位、储能的机械零件。
[关键词]弹簧种类 弹簧参数
中图分类号：U463.334 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0175-01
目前汽车已成为日常生活中必不可少的交通工具，但由于每个人购买的汽车使用情况不同（工地用车、山路车、经常载重货等），导致经常会觉得汽车的减震弹簧不太好，显的过硬或过软，觉得有必要更换优质弹簧。
弹簧是用弹性材料制成的零件，在外力作用下发生形变，除去外力后又恢复原状，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能，弹簧采用冷卷-定型处理-切断修正-淬火-矫正回火-检验修正-最后回火-检验、喷砂、表面的处理的工艺流程，要求具有抗拉，拉压，抗扭转负荷之能力和具有高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能。
一、 弹簧的类型
1、 按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭矩弹簧和板状弹簧。
（1）压缩弹簧：用途最广，在制造时，须绕成分开的螺旋圈，使各圈有间隙，以便受力收缩，故经常保持有向两端伸张的张力;受最大负荷时，不能被完全压缩，必须在有效圈数间保留间隙，以免摩擦或其它物质嵌入，以致引起疲劳破坏;压缩弹簧常通过将端圈磨平或通过凸台、凹槽来固定，压缩弹簧为增加接触面，面应予磨平，以获取50～80%接触;其端部形状有多种;压缩弹簧常用于气阀弹簧，火车缓冲器，脚踏车座垫等场合。
（2）拉伸弹簧：各圈绕成相互紧贴的螺旋圈，受外力时向外伸长，经常保持有向中间收缩之力。拉伸弹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。利用拉伸后的回弹力（拉力）工作，用以控制机件的运动、贮蓄能量、测量力的大小等，广泛用于机器、仪表中。
（3）扭转弹簧：两端制成钩状或直臂，常套入销或轴中，当受外力后，即依弹簧轴心为轴而产生一扭转力，使得弹簧卷紧或旋松。扭转弹簧利用杠杆的原理，通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料的扭曲或旋转，使之具有极大的机械能。扭转弹簧常用于机械中的平衡机构，在汽车、机床、电器等工业生产中广泛应用。
（4）板状弹簧：系用扁平或板状材料制造而成，一般也叫平弹簧或片弹簧，其中板片弹簧亦称层迭弹簧。板片弹簧在能量储存的效率上，较扭转弹簧稍低，但它能承载较大之负荷，故普通用在汽车，火车等机动车辆上。
2、 按照制作的过程来划分，弹簧分为冷卷弹簧与热卷弹簧。
3、 按照弹簧的形状不同，
弹簧可分为螺旋弹簧（分圆柱形、圆锥形、抛物线形）、环形弹簧（具有很强的缓冲吸振作用）、蝶形弹簧（变形量小，承载能力大、在受载方向空间尺寸小）、板簧（起减振作用）和盘簧等，其中螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，螺旋弹簧由于制造简便，所以应用广。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。
二、 弹簧的功用
1、控制机构的运动或离合器的位置：如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等;
2、减振和缓冲：如汽车、火车车厢下的减振弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等;
3、 储存及输出能量：如钟表弹簧、枪用弹簧
4、 测量力的大小：如测力器和弹簧秤中的弹簧等
5、 改变系统的自振频率
三、弹簧参数与标注
（1） 材料直径：也叫线径，用字母d表示，
（2） 中径：弹簧外径和内径的平均值，用字母D表示，
（3） 内径：弹簧内部卷制尺寸，用字母D1或ID表示，
（4） 外径：弹簧外部卷尺寸，用字母D2或OD表示，
（5） 节距：弹簧两相邻有效圈截面中心线的轴向距离，
（6） 绕旋比：弹簧中径与钢丝直径的比值，用字母C表示，C=D/d，
（7） 自由高度：在没有负荷时的高度，用字母Ho表示，
（8） 展开高度：弹簧材料展开的总长度，用字母L表示，
（9） 螺旋角：弹簧圈卷制的角度，用a表示，单位°
（10） 弹簧刚度：单位变形量的工作负荷，用字母P或M表示：g或kg表示
常用弹簧标注方法：
压簧：线径×外（内）径×长度×圈数
Φ0.5×Φ5.0×10.0×8N
拉簧：线径×外（内）径×长度×圈数×钩环圈数
Φ0.5×Φ5.0×10.0×5N×2N
四、常用弹簧参数计算方法
压簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷
1、在螺旋升角较小时，弹簧承受的轴向变量为;
变形量λ=8FD3 2n/Gd4 （mm）
λ： 在载荷F作用下弹簧的变形量
F ：作用在弹簧上的载荷
D 2：弹簧中径
n： 弹簧的有效圈数
G：材料的切变模量
d：簧丝直径
2、 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）：
K=（G×d4）/（8×Dm3×Nc）
K：弹簧常数，当弹簧被压缩时，每增加 1mm距离的负荷（kgf/mm）;
G：线材的钢性模数，琴钢丝G=8000 ;不锈钢丝G=7300;磷青铜线G=4500 ;黄铜线G=3500
D：直径（Do：外径 Di：内径 ）
N：总圈数 Nc=有效圈数=N-2
范例：直径=2.0mm ， 外径=22mm ， 总圈数=5.5圈 ，钢丝材质=琴钢丝 则K=（G×d4）/（8×Dm3×Nc）=（8000×24）/（8×203×3.5）=0.571kgf/mm
3、 压缩弹簧的稳定性
弹簧自由高度与中径之比成为弹簧的高径比，用b=H 0/D 2，当载荷达到一定值时，弹簧会突然发生侧弯，使弹簧刚度突然降低的现象称为压缩弹簧的失稳，为保证弹簧的不失稳，保证弹簧的最大工作载荷F2Q保持弹簧稳定的临界载荷FC，
最大工作载荷F2QFC=C BFH 0
C B：不稳定系数
F：弹簧刚度
H 0：弹簧的自由高度
五、国内弹簧企业的发展方向
目前弹簧正向轻量化、高应力化发展，在产品结构方面，弹簧制造企业在向专业化和多元化方向发展。近年来，弹簧的有限元法设计方法进入实用化阶段，出现了不少有实用价值的报告，如螺旋角对弹簧应力的影响;用有限元法计算的应力和疲劳寿命的关系等。我国弹簧产品品种不全，多为生产结构简单、易于成形、用量大的一些低技术含量产品，而对结构复杂的高精尖技术产品却只有少数厂家有能力生产，且产量远远不足以满足市场需求。今后弹簧的发展方向应是：高强度、高寿命、轻量化、小型化、异形件、组合件。加强对弹簧新产品的开发，加大新产品的研究力度，继续扩大弹簧产品的品种规格。