2019-05-09 15:15:00

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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。

基本信息

  • 中文名

    螺旋弹簧

  • 外文名

    helical spring

  • 构成

    弹簧钢丝绕制成

  • 特点

    制容易;结构紧凑;能量利率高

  • 本质

    用弹簧钢丝绕制成的螺旋状弹簧

  • 属于

    蓄能器

  • 胡克定律

    弹簧伸长量与所受力的大小成正比

  • 发明家

    英国科学家胡克

折叠 编辑本段 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。

折叠 编辑本段 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。

折叠 编辑本段 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)

折叠 编辑本段 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。

折叠 编辑本段 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。

折叠 编辑本段 弹簧功能应用

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 编辑本段 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。

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