圓柱螺旋彈簧結構的設計及工作原理解析

一、圓柱螺旋彈簧結構

圓柱螺旋彈簧根據受力性質，有三種類型：

1. 圓柱螺旋壓縮彈簧

1)彈簧各圈間距

設彈簧的節距為p;彈簧絲的直徑為d;在自由狀態下各圈之間應有適當的間距δ。為了使彈簧在壓縮后仍能保持一定的彈性，還應保證在最大載荷作用下，各圈之間仍具有一定的間距δ1。δ1的大小一般推薦為:　δ1=0.1d≥0.2mm

 

 

2)死圈

彈簧的兩個端面圈與鄰圈并緊(無間隙)，只起支承作用，不參與變形，故稱為死圈。當彈簧的工作圈數n≤7時，彈簧每端的死圈約為0.75圈;當n>7時，每端的死圈約為1～1.75圈。

3)端部結構形式

YI型(圖a)：兩個端面圈均與鄰圈并緊，并在專用的磨床上磨平;

YII型(圖b)：加熱卷繞時彈簧絲兩端鍛扁且與鄰圈并緊(端面圈可磨平，也可不磨平);

YIII型(圖c)：兩個端面圈均與鄰圈并緊不磨平

在重要的場合，應采用YI型，以保證兩支承端面與彈簧的軸線垂直，從而使彈簧受壓時不致歪斜。彈簧絲直徑d≤0.5mm時，彈簧的兩支承端面可不必磨平。d>0.5mm的彈簧，兩支承端面則需磨平。磨平部分應不少于圓周長的3/4。端頭厚度一般不小于d/8，端面粗糙度應低于Ra25

2.圓柱螺旋拉伸彈簧

1)端部掛鉤型式

拉伸彈簧為了便于聯接、固著及加載，兩端制有掛鉤。

LI型和LII型掛鉤制造方便，應用很廣。但因掛鉤過渡處產生很大彎曲應力，故只宜用于彈簧絲直徑d≤l0mm的彈簧中。

LVII、LVIII型掛鉤不與彈簧絲聯成一體，故無前述過渡處的缺點，而且這種掛鉤可以轉到任意方向，便于安裝。在受力較大的場合，最好采用LVII型掛鉤，但它的價格較貴。

 

 

2)有預應力的拉伸彈簧

圓柱螺旋拉伸彈簧空載時，各圈應相互并攏。另外，為了節省軸向工作空間，并保證彈簧在空載時各圈相互壓緊，常在卷繞的過程中，同時使彈簧絲繞其本身的軸線產生扭轉。這樣制成的彈簧，各圈相互間即具有一定的壓緊力，彈簧絲中也產生了一定的預應力，故稱為。這種彈簧一定要在外加的拉力大于初拉力F0后，各圈才開始分離，故可較無預應力的拉伸彈簧節省軸向的工作空間。

3、螺旋扭轉彈簧

扭轉彈簧，為了便于聯接、固著及加載，兩端制有桿臂：

 

 

(二)圓柱螺旋彈簧制造

螺旋彈簧的制造工藝包括：a)卷制;b)掛鉤的制作或端面圈的精加工;c)熱處理;d)工藝試驗及強壓處理。

卷制是把合乎技術條件規定的彈簧絲卷繞在芯棒上。大量生產時，是在萬能自動卷簧機上卷制;單件及小批生產時，則在普通車床或手動卷繞機上卷制。

卷制分冷卷及熱卷兩種。冷卷用于經預先熱處理后拉成的直徑 d<(8～10)mm的彈簧絲;直徑較大的彈簧絲制作的強力彈簧則用熱卷。熱卷時的溫度隨彈簧絲的粗細在800～1000℃的范圍內選擇。不論采用冷卷或熱卷，卷制后均應視具體情況對彈簧的節距作必要的調整。

彈簧在完成上述工序后，均應進行熱處理。熱處理后的彈簧表面不應出現顯著的脫碳層。冷卷后的彈簧只作回火處理，以消除卷制時產生的內應力。

此外，彈簧還須進行工藝試驗和根據彈簧的技術條件的規定進行精度、沖擊、疲勞等試驗，以檢驗彈簧是否符合技術要求。要特別指出的是，彈簧的持久強度和抗沖擊強度，在很大程度上取決于彈 簧絲的表面狀況，所以彈簧絲表面必須光潔，沒有裂紋和傷痕等缺陷。表面脫碳會嚴重影響材料的持久強度和抗沖擊性能。因此脫碳層深度和其它表面缺陷應在驗收彈簧的技術條件中詳細規定。重要的彈簧還須進行表面保護處理(如鍍鋅);普通的彈簧一般涂以油或漆。

對于重要的彈簧，還要進行強壓處理。強壓處理是使彈簧在極限載荷作用下受載持續6～48h，以便在彈簧絲截面的危險區產生塑性變形和殘余應力。由于殘余應力與工作應力符號相反，因而強壓處理過的彈簧最大工作應力較小，一次強壓處理可提高彈簧靜載的承載能力25%。若經噴丸處理可提高20%。但用于長期振動，高溫和腐蝕性介質中的彈簧，以及一般用途的彈簧不宜采用這種強化工藝。

螺旋拉伸、扭轉彈簧的制造，目前除少數制造廠在引進國外CNC數控彈簧成形機上一次自動成形加工各種式樣的拉伸、扭轉彈簧外。絕大多數制造廠仍采用傳統的加工方法來制造，現分別作一簡單的介紹。

1、螺旋拉伸彈簧。其工藝與螺旋壓縮彈簧基本相同，不同的只是端部的鉤環加工，拉伸彈簧的成形方法如下：

1)用與螺旋壓縮彈簧相同的方法，卷繞成形后進行去應力退火，再進行鉤環加工，除特殊形狀的鉤環或要求初拉力很高的螺旋拉伸彈簧用車床有心卷制或手工卷制外，大部分的彈簧是用自動卷簧機卷制。

2)用直尾卷簧機卷制。它是一種心軸垂直的立式有心卷簧機。卷制后進行去應力退火，然后進行鉤環加工。 螺旋拉伸彈簧的端部結構形式很多，加工方法也很多。常用的有：小型彈簧使用鉗子式的專用工具或專用工藝裝置進行手工加工;普通的螺旋拉伸彈簧則以彎鉤器或模具用手動或自動的操作方法進行加工;長臂鉤環的拉伸彈簧，一般是卷繞時留出拉鉤所需料長，或者是卷制后留出加工所需的圈數，用拉直工具將兩端拉直，然后用專用工具彎制鉤環。 去應力退火的工藝規范如前所述。彈簧卷制好后先進行去應力退火，然后再切斷和進行鉤環加工，鉤環加工完畢后，一般再要進行了1～2次的去應力退火。為了防止兩鉤環的相對角度發生變化，故在去應力退火時要使鉤環加工完畢后的溫度比卷制好后的溫度低20～30°C。 螺旋拉伸彈簧一般不進行拋丸和強拉處理。

2、螺旋扭轉彈簧。其工藝和螺旋壓縮、拉伸彈簧基本相同，不同的也嵌瞬康募庸ぁ?在小批量生產和扭臂比較復雜的情況下，多數采用手工或半自動的有心軸卷簧法成形，然后用工裝夾具將扭臂按圖樣要求進行加工。在大批量生產時，則可在直尾卷簧機和扭簧專用機上卷制，扭臂不能按圖樣完成的，再分工序用工裝、夾具來加工。 根據螺旋扭轉彈簧的特點，在設計和制造時，還應注意以下兩點：

1)螺旋扭轉彈簧端部扭臂在制造時應一次彎曲成形，避免加工疵病和校正整形加工。扭臂加工完后應進行第二次去應力退火;

2)目前的螺旋扭轉彈簧多為密圈，這樣在彈簧圈之間就產生了相當于拉伸彈簧的初拉力類似的壓緊力，在加載和卸載時會產生摩擦力而出現滯后現象，當加載與旋向相同或圈數增加時，這種傾向增加;另外也給表面處理工序帶來困難。因此在設計和成形時，彈簧圈間應稍留間隙。 在大量生產中，制造廠在有條件的情況下，對螺旋拉伸、扭轉彈簧的展開、折彎、彎鉤等工序可采用液壓、氣動等方法去加工。