彈簧技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀(已修改)
2025-08-08 17:55 本頁面
【正文】 彈簧技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀核心提示： 在機電產(chǎn)品中，彈簧種類繁多，主要有以下類型。 1）以汽車、摩托車、柴油機和汽油機為主的配套彈簧和彈簧。這類彈簧有氣門彈簧、懸架彈簧、減震彈簧以及離合器彈簧等，用量較大，約占彈簧生產(chǎn)量的50%左右。同時 在機電產(chǎn)品中，彈簧種類繁多，主要有以下類型。 1）以汽車、摩托車、柴油機和汽油機為主的配套彈簧和彈簧。這類彈簧有氣門彈簧、懸架彈簧、減震彈簧以及離合器彈簧等，用量較大，約占彈簧生產(chǎn)量的50%左右。同時技術(shù)水平要求也高，可以說這些彈簧的技術(shù)水平具有代表性，它們主要是向高疲勞壽命和高抗松弛方向發(fā)展，從而減輕質(zhì)量。 2）以鐵道機車車輛、載重汽車和工程機械為主的大型彈簧和板彈簧，這些彈簧以熱卷成型為主，是彈簧制造業(yè)的一個重要方面。隨著高速鐵道的發(fā)展，車輛減震系統(tǒng)的升級，作為車輛懸架的熱成型彈簧技術(shù)有較大的提高，這類彈簧主要向高強度和高精度方向發(fā)展以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。 3）以儀器儀表為主的電子電器彈簧，典型產(chǎn)品如電動機電刷彈簧、開關(guān)彈簧、攝像機和照相機彈簧，以及計算機配件彈簧、儀器儀表配件彈簧等。這類彈簧中片彈簧、異性彈簧占較大的比例，不同產(chǎn)品對材質(zhì)和技術(shù)要求差別較大。這類彈簧主要向著既高強度化又小型化的方向發(fā)展。 4）以日用機械和電器為主的五金彈簧，如床墊、沙發(fā)、門鉸鏈、玩具、打火機等，這類彈簧需求量較大，但技術(shù)含量不高，給小型的彈簧企業(yè)提高了發(fā)展機會，這類彈簧主要是向小型化方向發(fā)展。 5）以滿足特殊需要為主的特種彈簧，如紡織機械用搖架彈簧，要求有高的抗松弛性能；鋼包滑水口用彈簧，要求有高的耐熱性；礦山振動篩用懸架彈簧，不但要求有高的疲勞性能，而且要求有高的抗腐蝕性，因而采用橡膠金屬復(fù)合彈簧：為了滿足車輛行駛時的舒適度，所采用的空氣彈簧等。 對于目前出現(xiàn)的異性截面懸架彈簧和氣門彈簧，從輕量化、節(jié)省空間，提高舒適性和改善彈簧應(yīng)力分布考慮，比圓截面彈簧更為合理，但是這類彈簧材料價格高，彈簧制造工藝復(fù)雜，使得彈簧成本要高于圓截面彈簧。因此目前還看不出異性截面彈簧取代圓截面彈簧的跡象。 1彈簧設(shè)計的發(fā)展 目前，廣泛應(yīng)用的彈簧應(yīng)力和變形的計算公式是根據(jù)材料力學(xué)推導(dǎo)出來的。若無一定的實際經(jīng)驗，很難設(shè)計和制造出高精度的彈簧，隨著設(shè)計應(yīng)力的提高，以往的很多經(jīng)驗不再適用。例如，彈簧的設(shè)計應(yīng)力提高后，螺旋角加大，會使彈簧的疲勞源由簧圈的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移到外側(cè)。為此，必須采用彈簧精密的解析技術(shù)，當(dāng)前應(yīng)用較廣的方法是有限元法（FEM）。 車輛懸架彈簧的特征是除足夠的疲勞壽命外，其永久變形要小，即抗松弛性能要在規(guī)定的范圍內(nèi)，否則由于彈簧的不同變形，將發(fā)生車身重心偏移。同時，要考慮環(huán)境腐蝕對其疲勞壽命的影響。隨著車輛保養(yǎng)期的增大，對永久變形和疲勞壽命都提出了更嚴(yán)格的要求，為此必須采用高精度的設(shè)計方法。有限元法可以詳細(xì)預(yù)測彈簧應(yīng)力疲勞壽命和永久變形的影響，能準(zhǔn)確反映材料對彈簧疲勞壽命和永久變形的關(guān)系。 近年來，彈簧的有限元設(shè)計方法已進(jìn)入了實用化階段，出現(xiàn)了不少有實用價值的報告，如螺旋角對彈簧應(yīng)力的影響；用有限元法計算的應(yīng)力和疲勞壽命的關(guān)系等。 圖18所示為用現(xiàn)行設(shè)計方法計算和有限元法解析應(yīng)力的比較。對相同結(jié)構(gòu)的彈簧，在相同載荷作用下，從圖中可以看出，有效圈少的或螺旋角大的高應(yīng)力彈簧的應(yīng)力，兩種方法得出的結(jié)果差別比較大。這是因為隨著螺旋角的增大，加大載荷偏心，使彈簧外徑或橫向變形較大，因而應(yīng)力比較大。用現(xiàn)行的設(shè)計計算方法不能確切地反映，而有限元法則能較為確切地反應(yīng)出來。 彈簧有限元分析方法，在彈簧技術(shù)水平較高的國家雖已進(jìn)入實用化，我國雖有這方面的技術(shù)開發(fā)，但尚未形成實用模型。 另外，在彈簧的設(shè)計進(jìn)程中還引進(jìn)了優(yōu)化設(shè)計。彈簧的結(jié)構(gòu)較為簡單，功能單純，影響結(jié)構(gòu)和性能的參變量少，所以設(shè)計者很早就運用解析法、圖解法或圖解分析法尋求最優(yōu)設(shè)計方案，并取得了一定成效。隨著計算技術(shù)的發(fā)展，利用計算機進(jìn)行非線性規(guī)劃的優(yōu)化設(shè)計取得了成效（見第10章11節(jié)）。 可靠性設(shè)計是為了保證所設(shè)計的產(chǎn)品的可靠性而采用的一系列分析與設(shè)計技術(shù)，它的功能是在預(yù)測和預(yù)防產(chǎn)品可能發(fā)生故障的基礎(chǔ)上，使所設(shè)計的產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的可靠性目標(biāo)值，是傳統(tǒng)設(shè)計方法的一種補充和完善。彈簧設(shè)計在利用可靠性技術(shù)方面取得了一定的進(jìn)展（見第10章12節(jié)），但要進(jìn)一步完善，需要數(shù)據(jù)的開發(fā)和積累。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在國內(nèi)外編制出各種版本的彈簧設(shè)計程序，為彈簧技術(shù)人員提供了開發(fā)創(chuàng)新的便利條件。應(yīng)用設(shè)計程序完成了設(shè)計難度較大的弧形離合器彈簧和鼓形懸架彈簧的開發(fā)等。 隨著彈簧應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，也給設(shè)計者提出了很多需要注意和解決的新問題。如材料、強壓和噴丸處理對疲勞性能和松弛性能的影響，設(shè)計時難以確切計算，要靠實驗數(shù)據(jù)來定。又如按現(xiàn)行設(shè)計公式求出的圈數(shù)，制成的彈簧剛度均比設(shè)計剛度值小，需要減小有效圈數(shù)，方可達(dá)到設(shè)計要求。當(dāng)前大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)計趨勢，以最大工作切應(yīng)力和疲勞壽命要求為例，列于表15。 表15當(dāng)前大批量生產(chǎn)彈簧的設(shè)計趨勢 產(chǎn)品類型最大工作切應(yīng)力相關(guān)重要要求 一般機械結(jié)構(gòu)彈簧靜載900~1200MPa 動載900~1000MPa開始擁有疲勞壽命要求 螺旋扭轉(zhuǎn)簧900~1000MPa 發(fā)動機氣門彈簧 油汞油嘴彈簧950~1200MPa ?。ㄒ话?100MPa），可靠度﹥90% 汽車變速箱、離合器彈簧1100~1200MPa ?。ㄒ话?100MPa）有松弛要求，疲勞壽命要求（3~10）次 卡車駐動器彈簧靜載1100~1200MPa有松弛要求 懸架彈簧 1100~1200MPa腐蝕疲勞壽命要求 （3~5）次 新高速機車懸架彈簧1000~1200MPa 注：上述數(shù)據(jù)來自當(dāng)前國際上主要世界級領(lǐng)導(dǎo)性專業(yè)公司的產(chǎn)品圖樣、信息 2彈簧材料的發(fā)展 隨著彈簧應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對彈簧材料提出了更多的要求。主要是在高應(yīng)力下的提高疲勞壽命和抗松弛性能方面；其次是根據(jù)不同的用途，要求具有耐蝕性、非磁性、導(dǎo)電性、耐磨性、耐熱性等方面。為此，彈簧材料除開發(fā)了新品種外，另從嚴(yán)格控制化學(xué)成分，降低非金屬夾雜，提高表面質(zhì)量和尺寸精度等方面取得了有益的成效。 （1）彈簧鋼生產(chǎn)工藝的發(fā)展為了提高彈簧鋼的質(zhì)量，工業(yè)發(fā)達(dá)國家已普通采用爐外精煉技術(shù)、連鑄工藝、新型軋制和在線自動檢測及控制設(shè)備等。 為了保證鋼的化學(xué)成分，降低氣體和各種非金屬加夾物的含量，采用大容量電爐或轉(zhuǎn)爐熔煉，采用爐外鋼包精煉，使氧含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）降至（~）%，生產(chǎn)出超純凈鋼，從而大大提高了彈簧的設(shè)計和工作應(yīng)力。 連鑄生產(chǎn)工藝在彈簧鋼生產(chǎn)中已被廣泛采用。連鑄可通過電磁攪拌、低溫鑄造等技術(shù)減小鋼的偏析，減小二次氧化，改善表面脫碳，使組織和性能穩(wěn)定、均勻。 采用分列式全連續(xù)軋機，可提高尺寸精度，表面質(zhì)量，同時也可使鋼材沿長度顯微組織均勻。在軋制過程中為了保證產(chǎn)品的表面質(zhì)量采用在線自動檢測和控制。為了適合變截面彈簧扁鋼生產(chǎn)而開發(fā)了奧氏體軋制成形新工藝，即先將鋼加熱到奧氏體區(qū)再急冷至亞穩(wěn)奧氏體區(qū)進(jìn)行塑性加工并淬火處理。這種工藝可使鋼在不降低塑性的同時提高強度。此外還有通過軋后在線熱處理和表面硬化處理來提高彈簧鋼的性能等。 （2）合金鋼的發(fā)展合金元素的主要作用是提高力學(xué)性能，改善工藝性能及賦予某種特殊性能。氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛應(yīng)用SiCr鋼。Si是抗應(yīng)力松弛最好的合金元素，在SiCr鋼中添加V、Mo形成SiCrV和SiCrMo鋼，可以提高疲勞壽命和抗松弛性能。同時SiCr拉拔鋼絲，其在高溫下工作時的抗松弛性能，比琴鋼絲和重要用途碳素彈簧鋼絲要好。隨著發(fā)動機高速小型化，抗顫振性能好、質(zhì)量輕、彈性模量小的Ti合金得到
畢業(yè)設(shè)計相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1