螺旋弹簧
结构简单制造方便
螺旋弹簧只是个蓄能器,它有储存能量的功能,但不能慢慢地把能量释放出来,要实现慢慢释放这一功能应该靠“弹簧+大传动比机构”实现,常见于机械表。螺旋弹簧很早很早之前就有应用了,古代的弓和弩就是两种广义上的螺旋弹簧。
历史
螺旋弹簧的发明家严格意义上应该是英国科学家胡克(RobertHooke),虽然那时螺旋压缩弹簧已经出现并广泛使用,但胡克提出了“胡克定律”——弹簧的伸长量与所受的力的大小成正比,正是根据这一原理,1776年,使用螺旋压缩弹簧的弹簧秤问世。
不久,根据这一原理制作的专供钟表使用的弹簧也被胡克本人发明出来。而符合“虎克定律”的弹簧才是真正意义上的弹簧。碟形弹簧是法国人贝勒维尔发明的,是用金属板料或锻压坯料而成的截锥形截面的垫圈式弹簧。在近代工业出现之后,除了碟形弹簧之外还出现了气弹簧、橡胶弹簧、涡卷弹簧、模具弹簧、不锈钢弹簧、空气弹簧、记忆合金弹簧等新型弹簧。
分类
1.按工作时受载荷的特性不同,可将螺旋弹簧分为压缩、拉伸和扭转三种;
2.按照结构特点,可分为圆柱螺旋弹簧和变径螺旋弹簧两大类;变径螺旋弹簧主要承受压缩载荷;
3.按其形状特点可分为圆锥形、涡卷形、中凹形和中凸形。
4.在生产和使用上,螺旋弹簧还可按成型方法与材料直径大小不同分为:大型螺旋弹簧和小型螺旋弹簧两类;前者通常是热成形,后者是冷成形。
5.其他分类
螺旋弹簧类型较多,按外型可分为:
普通圆柱螺旋弹簧;
变径螺旋弹簧。
按螺旋线方向可分为:
左旋弹簧;
右旋弹簧。
变径螺旋弹簧分为:圆锥螺旋弹簧、蜗卷螺旋弹簧、中凹形螺旋弹簧。
圆柱形螺旋弹簧,结构简单,制造方便,应用最广。其特性线为直线,可作压缩弹簧拉伸弹簧和扭转弹簧。当载荷大而径向尺寸又有限制时,可将两个直径不同的压缩弹簧套在一起使用,成为组合弹簧。
常用单位
A——弹簧材料截面面积(mm2);当量弯曲刚度(N/mm);系数
a——距形截面材料垂直于弹簧轴线的边长(mm);系数
B——平板的弯曲刚度(N/mm);系数
b——高径比;距形截面材料平行于弹簧轴线的边长(mm);系数
C——螺旋弹簧旋绕比;碟簧直径比;系数
D——弹簧中径(mm)
D1——弹簧内径(mm)
D2——弹簧外径(mm)
d——弹簧材料直径(mm)
E——弹簧模量(MPa)
F——弹簧的载荷(N)
F’——弹簧的刚度
Fj——弹簧的工作极限载荷(N)
Fo——圆柱拉伸弹簧的初拉力(N)
Fr——弹簧的径向载荷(N)
F’r——弹簧的径向刚度(N/mm)
Fs——弹簧的试验载荷(N)
f——弹簧的变形量(mm)
fj——工作极限载荷Fj下的变形量(mm)
fr——弹簧的静变形量(mm)
fs——试验载荷Fs下弹簧的变形量(mm);线性静变形量(mm)
fo——拉伸弹簧对应于处拉力Fo的假设变形量(mm);膜片的中心变形量(mm)
G——材料的切变模量(MPa)
g——重力加速度,g=9800mm/s2
H——弹簧的工作高(长)度(mm)
Ho——弹簧的自由高(长)度(mm)
Hs——弹簧试验载荷下的高(长)度(mm)
h——碟形弹簧的内载锥高度(mm)
I——惯性矩(mm4)
Ip——极惯性矩(mm4)
K——曲度系数;系数
Kt——温度修正系数
ρ——材料的密度(kg/mm³;)
σ——弹簧工作时的正应力(Mpa)
σb——材料抗拉强度(Mpa)
σj——材料的工作极限应力(Mpa)
σs——材料的抗拉屈服点(Mpa)
τ——弹簧工作时的切应力(Mpa)
k——系数
L——弹簧材料的展开长度(mm)
l——弹簧材料有效工作圈展开长度(mm);板弹簧的自由弦长(mm)
M——弯曲力矩(N·mm)
m——作用于弹簧上物体的质量(kg)
ms——弹簧的质量(kg)
N——变载荷循环次数
n——弹簧的工作圈数
nz——弹簧的支承圈数
n1——弹簧的总圈数
pˊ——弹簧单圈的刚度(N/mm)
R——弹簧圈的中半径(mm)
R1——弹簧圈的内半径(mm)
R2——弹簧圈的外半径(mm)
r——阻尼系数
S——安全系数
T——扭矩;转矩(N·mm)
Tˊ——扭转刚度(N·mm /(º;))
t——弹簧的节矩
tc——钢索节距(mm)
U——变形能(N·mm);(N·mm·rad)
V——弹簧的体积(mm³;)
v——冲击体的速度(mm/s)
Zm——抗弯截面系数(mm³;)
Zt——抗扭截面系数(mm³;)
α——螺旋角(º;);系数
β——钢索拧角(º;);圆锥半角(º;);系数
δ——弹簧圈的轴向间隙(mm)
δr——组合弹簧圈的径向间隙(mm)
ζ——系数
η——系数
θ——扭杆单位长度的扭转角(rad)
κ——系数
μ——泊松比;长度系数
ν——弹簧的自振频率(Hz)
Vr——弹簧所受变载荷的激励频率(Hz)
τb——材料的抗剪强度(Mpa)
τj——弹簧的工作极限切应力(Mpa)
τo——材料的脉动扭转疲劳极限(Mpa)
τs——材料的抗扭屈服点(Mpa)
τ-1——材料的对称循环扭转疲劳极限(Mpa)
φ——扭转变形角(º;);(rad)
特点
1.精密的调节性能。即作用力与位移的关系非常灵敏;
2.柔软性能好,即变形的范围相对较宽;
3.制造比较容易;
4.结构比较紧凑;
5.能量利率高。
特性举例:
圆锥螺旋弹簧的缓冲性能较好,能承受较大载荷。
蜗卷螺旋弹簧能储存较多能量和承受较大载荷,但制造工艺较为复杂。
中凹形螺旋弹簧的性能与圆锥螺旋弹簧相似,多用于坐垫和床垫等。
弹簧钢丝的载面有圆形和矩形等,以圆形截面最为常用。
螺旋弹簧即扭转弹簧,是承受扭转变形的弹簧,它的工作部分也是密绕成螺旋形。扭转弹簧的端部结构是加工成各种形状的扭臂,而不是勾环。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。
主要功能
①控制机械的运动,如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。
②吸收振动和冲击能量,如汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧等。
③储存及输出能量作为动力,如钟表弹簧、枪械中的弹簧等。
④用作测力元件,如测力器、弹簧秤中的弹簧等。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。
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,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
弹簧功能应用
测量功能
我们知道,在弹性限度内,弹簧的伸长(或收缩)跟外力成正比。利用弹簧这一性质制成弹簧秤。
紧压功能
观察各种电器开关会发现,开关的两个触头中,必然有一个出头装有弹簧,以保证两个出头紧密接触,是导通良好。如果接触不良,接触处的电阻变大,电流通过时产生的热量变大,严重时还会是接触处的金属融化。卡口灯头的两个金属柱都装有弹簧也是为了接触良好;至于螺口灯头的中心金属片以及所有插座的接插金属片都是簧片,其功能都是使双方紧密接触,以保持到同良好。在盒式磁带中,有一块磷青铜的簧片,利用它弯曲形变时产生的弹力使磁头与磁带密切接触。在订书机中有一个长螺旋弹簧它的作用一方面是顶紧钉书钉,另一方面是当最前面的钉被推出后,可以将后面的钉送到最前面以备钉舒适推出,这样,就能自动的将一个个钉推到最前面,直到钉全部推出为止。许多机器自动供料,自动步枪中的子弹自动上膛都靠弹簧的这种功能。此外,象夹衣服的夹子,圆珠笔,钢笔套上的夹片都利用弹簧的紧压功能夹在衣服上。
复位功能
弹簧在外力作用下发生形变,撤去外力后,弹簧就能恢复状态。很多工具和设备都是利用弹簧这一性质来复位的。例如,许多建筑物大门的合页上都装了复位弹簧人们进出后,门会自动复位。人们还利用这一功能制成了自动伞、自动铅笔等用品,十分方便。此外,各种按钮和按键也少不了复位弹簧。
带动功能
机械钟表,发条玩具都是靠上紧发条带动。当发条被上紧时发条产生弯曲形变,存储一定的弹性势能。释放后,弹性势能转变为动能,通过传动装置带动转动。在玩具枪和发令枪和军用枪支也是利用弹簧的之一性质工作的。
缓冲功能
在机车汽车车架与车轮之间装有弹簧,利用弹簧的弹性来减缓车辆的颠簸。
振动发声功能
当空气从口琴,手风琴中的簧孔中流动时,冲击簧片,簧片震动发出声音。
汽车弹簧
一、承载车身重量,也就是说,平常车辆的重量大部分都是由弹簧来承担的。
二、减缓道路颠簸的,螺旋弹簧是缓冲元件,当路面对轮子的冲击力传到螺旋弹簧时,螺旋弹簧产生变形,吸收轮子的动能,转换为螺旋弹簧的位能(势能),从而缓和了地面的冲击对车身的影响。但是,螺旋弹簧本身不消耗能量,储存了位能的弹簧将恢复原来的形状,把位能重新变为动能。如果单独使用弹簧而没有消振元件,一些轻型汽车就会像杂技演员跳“蹦蹦床”一样,受到一次冲击后连续不断地上下运动。
运用汽车制造中,在独立悬挂的车轴分成两段,每只车轮由螺旋弹簧独立安装在车架下面,当一边车轮发生跳动时,另一边车轮不受影响,两边的车轮可以独立运动,提高了汽车的平稳性和舒适性。
最新修订时间:2023-09-20 11:02
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