彈簧是一種彈性元件,它可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的彈性變形。彈簧在各類機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛,主要用于:
1、減振和緩沖,如汽車、火車車廂下的減振彈簧,以及各種緩沖器用的彈簧等。
2、控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動,如制動器、離合器中的控制彈簧,內(nèi)燃機(jī)氣缸的閥門彈簧等。
3、測量力的大小,如測力器和彈簧秤中的彈簧等。
4、儲存及輸出能量,如鐘表彈簧、槍閂彈簧等。
按照所承受的載荷不同,彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧四種;而按照彈簧的形狀不同,又可分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、碟形彈簧、板簧和盤簧等。
在低溫下使用的彈簧材料,應(yīng)具有良好的低溫韌性。碳素彈簧鋼絲、琴鋼絲和1Cr18Ni9等奧氏體不銹鋼彈簧鋼絲、銅合金、鎳合金有較好的低溫韌性和強(qiáng)度。
在低溫下,環(huán)境介質(zhì)對材料腐蝕程度比在溫室下小得多,而鍍鎘和鍍鋅易引起冷脆。
在低溫下,材料的脆性對表面缺陷十分敏感,因此,對材料表面質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格要求。
在低溫下,材料的彈性模量和膨脹系數(shù)變化不大,在設(shè)計中可以不考慮。
彈簧鋼制作的彈簧,硬度(即強(qiáng)度)的選用應(yīng)依據(jù)彈簧承載性質(zhì)和應(yīng)力大小而定。但是,硬度高低與平面應(yīng)變斷裂韌性關(guān)系極大。
隨著硬度增加,平面應(yīng)變斷裂韌性(KIC)值顯著下降。這就是說在確定彈簧的硬度硬度值時,應(yīng)本著在滿足彈簧特性要求的前提下,彈簧的硬度值偏低一些好。
彈簧選材時,要注意鋼材的淬透性。彈簧材料截面是否淬透以及淬透的程度,對彈簧質(zhì)量關(guān)系極大。
以彈簧本身作導(dǎo)體的電器彈簧或在濕度變化不定的條件下,如水(包括海水)、水蒸氣環(huán)境中工作的彈簧,一般選用銅和金材料。
在酸類接觸極其他腐蝕介質(zhì)下工作的彈簧,一般選用不銹耐酸鋼或鎳合金等耐蝕材料。在一般環(huán)境介質(zhì)條件下使用的彈簧,選用普通彈簧鋼,制成彈簧后在其表面進(jìn)行防銹涂覆或電鍍(鍍鋅、鍍鎘、鍍銅)的方法防蝕。
在衡器和儀表中使用的彈簧,為了滿足其精度不受溫度變化的影響,一般選用彈性模量和膨脹系數(shù)變化極小的恒彈性合金。
在要求質(zhì)輕、絕緣、防碰、防銹蝕等特殊用途的彈簧,可選用增強(qiáng)塑料。目前,較為適用的塑料彈簧,是用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂為基體,用玻璃纖維增強(qiáng)的熱固增強(qiáng)塑料GFRP。也可選用防振橡膠制造各種類型的橡膠彈簧。