【正文】 大型重載荷用彈簧。其所以被稱為琴鋼絲是因為它是從樂器，特別是鋼琴中的弦演變而成為彈簧鋼絲的。 23 5 彈簧的設(shè)計 材料的選用 彈簧的性能和使用壽命，在很大程度上取決于彈簧材料的選擇，因此對制造彈簧的材料總的要求是有較高的彈性極限和疲勞強度，同時還要有足夠的韌性和塑性，但是由于彈簧的用途很廣，工作條件不同，所以在選擇彈簧材料時還應(yīng)根據(jù)它的工作環(huán)境和對彈簧特性的要求而定。 橡膠的高彈性與其分子結(jié)構(gòu)密切有關(guān)，微觀地看，橡膠是由許多細長而又有很大柔順性和流動性的分子鍵組成。和其它合金彈簧鋼絲相比，這類鋼絲具有經(jīng)熱處理到高硬度 (通?？蛇_ HRC50~53)和高強度而不降低其延性的特點，也正 22 因為如此，這種高硬度的鋼 絲在卷繞后會產(chǎn)生很高的殘余應(yīng)力，因此在卷繞后應(yīng)盡快地加熱回火，即使是等 3~4 小時，也嫌太長，否則就會使彈簧產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，無論如何都不能讓用這種鋼卷制好的彈簧過夜后再回火。通常它是以 ~11mm 的圓鋼供應(yīng)，但 也可以根據(jù)需要供應(yīng)正方形或矩形截面的鋼絲。它實際上是在中碳鋼中加入少量的鉻、釩元素，以提高其便度和強度。它的供貨狀態(tài)一般以圓鋼絲為主，但也可以根據(jù)客戶需要供應(yīng)正方形或長方形截面的鋼絲。 4）閥門用碳素彈簧鋼絲 汽車、飛機、摩托車、農(nóng)業(yè)機械或壓縮機等重要機器上都要求有高 質(zhì)量的閥門彈簧，通常都是用彈簧鋼絲冷卷而成。它不但可以冷拉成 2~13mm 的圓 鋼，在特殊需要時，也可以拉成方形或矩形截面的鋼絲。這類彈簧除非有特殊要求，一般都以冷拉圓鋼絲供貨，只有在特殊定貨時才有方形或矩形狀態(tài)供應(yīng)，在需要耐蝕時也可以要求以鍍鋅、鍍銅或鍍錫狀態(tài)洪應(yīng)。在日本按 JISG3521 分為 SWA、 SWB 和 SWC三種 。 琴鋼絲的機械性能可以歸納如下 :彈性極限 :拉伸彈性極限為其抗拉強度的65~75%。通常它總是以冷拉狀態(tài)的 ~6mm 圓截面鋼絲供貨，在市場上很少有退火狀態(tài)的或以方形或矩形截面的線材供貨的，因而它只能用于制造冷卷螺旋彈簧，也不允許在溫度超過 120℃的工作條件下使用，否則將使其承受載荷的能力大幅度下降。 1）琴鋼絲 這是用得最廣、質(zhì)量又好的一種高碳彈簧鋼絲，因而有“彈簧鋼絲之王”之稱。 3）直徑大于 13mm 的冷拉圓鋼，表面質(zhì)量較高，需經(jīng)熱卷成型和淬火回火處理，如冷拉彈簧鋼絲等。這類材料在冷卷成形后，尚需進行淬火回火處理，如合金彈簧鋼絲、不銹鋼絲和冷軋鋼帶等。 17 冷軋彈簧用鋼 主要是依靠冷拉或冷軋而得到尺寸精度高、表面質(zhì)量好和機械性能好的線材或帶鋼。但是作為彈簧鋼有些數(shù)據(jù)如彈性極限值還不夠完整，可它至少相等于或略高于通常所用的鉻釩鋼和鉻硅鋼，因此在設(shè)計時可以采用鉻硅鋼的數(shù)據(jù)，其熱處理工藝和制作工具時不同，可以采用緩慢加熱至 850℃均熱后轉(zhuǎn)入1280~1310℃的高溫爐內(nèi)，然后油淬至 100℃左右立即在 650~675℃回火 1~2h,這樣可獲得 HRC50~54 的硬度。 是適應(yīng)我國國內(nèi)資源自行研制成功的合金彈簧鋼，它是在硅錳彈簧鋼的基礎(chǔ)上加入了微量的鉬、釩、妮、硼等元素，屬于這類鋼的有 55SiMnVB、 55SiMnMoV和石 50SiMnMoVNB 三種，由于這些微量元素的作用，使這三種鋼都有較高的抗拉強度和彈性極限，而且有良好的塑性和韌性，因此適宜作高強度的板彈簧和螺旋彈簧。 是在硅錳鋼 60Si2MnA中加入了 ~%的鎢，在國內(nèi)標準中有 60Si2MnWA，國外還沒有相應(yīng)的牌號，由于鎢在鋼中易形成難溶碳化物，從而有效地提高了鋼的回火穩(wěn)定性和高溫時的蠕變抗力，使鋼具有一定的紅硬性。日本 JIS 標準中有 SUP9 和 SUP9A 兩種，是在第二次世界大戰(zhàn)后研制成功的低合金彈簧鋼，它具有良好的熱加工性和淬透性，即使 其直徑達 50mm 也能淬透，由于鉻的加入，使鋼的強度和硬度都有所提高，同時還提高了它的回火穩(wěn)定性和減少脫碳傾向，缺點是有回火脆性的傾向，因此回火后需快冷。錳能提高材料的淬透性，使 25mm 以下的彈簧都能在油中淬透。 在國內(nèi)標準中有五種鋼號，即 55Si2Mn、 55Si2MnB、 60Si2Mn、 60Si2MnA 和70Si3MnA。但是它的缺點是淬透性較差，當圓鋼的截面直徑超過 18mm 或板材厚度超過 11mm 時在油中就不能悴透，因此不宜用在大截面的彈簧上，通常只有在鐵路車輛中 13毫米以下的板彈簧才用它。其規(guī)格和尺寸公差較大，表面質(zhì)量較差，它們主要是用電爐或轉(zhuǎn)爐熔煉后經(jīng)熱軋或鍛造成形，并以退火狀態(tài)供應(yīng)，在以后制造彈簧的過程中，往往不再進行任何加工就直接加熱卷繞。 5）緩沖功能 在機車 汽車 車架與車輪之間裝有彈簧，利用彈簧的彈性來減 緩車輛的顛簸。 4）帶動功能 機械鐘表，發(fā)條玩具都是靠上緊發(fā)條帶動。很多工具和設(shè)備都是利用彈簧這一性質(zhì)來復位的。在訂書機中有一個長螺旋彈簧它的作用一方面是頂緊釘書釘，另一方面是當最前面的釘被推出后，可以將后面的釘送到最前面以備釘舒適推 13 出，這樣，就能自動的將一個個釘推到最前面，直到釘全部推出為止。 2）緊壓功能 觀察各種電器開關(guān)會發(fā)現(xiàn)，開關(guān)的兩個觸頭中，必然有一個出頭裝有彈簧，以保證兩個出頭緊密接觸，是導通良好。彈簧的載荷與變形之比稱為彈簧剛度，剛度越大，則彈簧越硬。 彈簧的功能 1）控制機械的運動，如 內(nèi)燃機 中的 閥門 彈簧、離合器中的控制彈簧等。 3）Ⅲ級精度彈簧。 1）冷卷或冷壓成形彈簧 。利用其減少振動的車輛用懸掛彈簧和防振彈簧 。 彈簧的分類 碳素鋼彈簧 鋼制彈簧 合金鋼彈簧 不銹鋼彈簧 金屬彈簧 銅合金彈簧 非鐵金屬制彈簧 鎳合金彈簧 彈簧 其他 橡膠彈簧 空氣彈簧 流體彈簧 非金屬彈簧 液體彈簧 合成樹枝彈簧 其他 10 壓縮螺旋彈簧 螺旋彈簧 拉伸螺旋彈簧 扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)彈簧 單片板彈簧 板彈簧 多片板彈簧 —— 有橢圓形、弓形、伸臂弓形和懸臂板彈簧等 彈簧 扭桿彈簧 平面蝸卷彈黃 碟形彈簧 環(huán)形彈簧 特種彈簧 彈簧墊圈 蝸卷螺旋彈簧 3 以構(gòu)成彈簧有限元所受力的狀態(tài)分 板彈簧 平面蝸卷彈簧 有限元上主要受彎曲應(yīng)力的彈黃 碟形彈務(wù) 齒形或彼形彈簧墊圈 扭轉(zhuǎn)彈簧 拉伸螺旋彈簧 壓縮螺旋彈簧 有限元上主要受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的彈簧 扭桿彈簧 彈簧墊圈 蝸卷螺旋彈簧 有限元上主要受拉壓應(yīng)力的彈簧 —— 環(huán)形彈簧 卡緊彈簧 有限元上主要受復合應(yīng)力的彈簧 彎曲螺旋彈簧 受橫向載荷的螺旋彈簧 這種分類方法在螺旋彈簧最易說明間題，表 3 一 1 是螺旋彈簧的載荷狀態(tài) 11 和將它分成若于有限元后，每個有限元上所受的主要應(yīng)力。 但是如果物體是由均勻材料構(gòu)成的，那么物體內(nèi)部各點，如果受同樣的應(yīng)力，將有相同的應(yīng)變；反之，物體內(nèi)各點如果有相同的應(yīng)變，必承受同樣的應(yīng)力。把胡克定律推廣應(yīng)用于三向應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，則可得到廣義胡克定律。 k是物質(zhì)的彈性系數(shù)，它由材料的性質(zhì)所決定，負號表示彈 簧所產(chǎn)生的彈力與其伸長（或壓縮）的方向相反。 彈性定律是 胡克 最重要的發(fā)現(xiàn)之一，也是力學最重要基本定律之一。 x 或△ F=k彈簧嚴格意義上的彈簧發(fā)明家應(yīng)該是英國的科學家 虎克 (RobertHooke)，雖然那時螺旋壓縮彈簧已經(jīng)出現(xiàn)并廣泛使用，但虎克提出了“虎克定律” —— 彈簧的伸長量與所受的力的大小成正比，正是根據(jù)這一原理， 1776 年，使用螺旋壓縮彈簧的彈簧秤問世。 7 圖 25 螺栓 本產(chǎn)品的緊固裝置，固定殼體和擋板，使本產(chǎn)品便于安裝。 6 圖 23 沖擊桿 沖擊桿為本產(chǎn)品的主要組成之一，整個沖擊桿成圓柱形，沖擊桿直接破碎的裝置，對于其材質(zhì)也有高的要求，但出于對成本的控制采用的碳素鋼，鍍鋅。 圖 21 工作原理圖 1— 殼體 2— 沖擊桿 3— 壓縮彈簧 4— 螺栓 5— 擋板 6— 拉手 5 產(chǎn)品的功能介紹 由于這種車輛應(yīng)急擊碎車窗玻璃的機構(gòu)的彈力裝置是設(shè)置在車體 的上端，它 的發(fā)力運動空間不受限制，當意外情況發(fā)生時，車廂內(nèi)的乘客只需伸手將置于車體內(nèi)的啟動拉手往下拉動，利用彈簧的儲能原理，將車體上端由鎖閉裝置鎖閉的玻璃沖擊桿，頂起突破其約束區(qū)域，彈發(fā)裝置的強勁彈發(fā)力的此時暴發(fā)，玻璃沖擊桿借力彈起，產(chǎn)生的巨大沖擊力一舉就能將車窗玻璃擊碎。該破窗器主要由殼體、沖擊桿、壓縮彈簧、啟動拉手四部分組成。這類彈簧也用于現(xiàn)代的捕鼠器。富有創(chuàng)造性的克特西比在發(fā)明這種拋石機后，又想出了另一種拋石機 —— 它利用汽缸內(nèi)空氣在受壓的情況下產(chǎn)生的彈性工作。他估計讀者是難以置信的。 彈性材料的抗扭性不壓于它的抗撓性。他們就用這種辦法 來捕捉飛禽走獸。它可以安裝在車窗邊緣，通過擊打鋼化玻璃的應(yīng)力點打碎整幅玻璃。遇到危險的時候，順時針旋轉(zhuǎn)環(huán)保錘90度，然后掌擊環(huán)保錘，通過里面設(shè)置的高強度硬質(zhì)合金，就能破碎玻璃逃生。這樣，及時的提醒和制止了人為的誤動，起到了防丟失的作用，但其本質(zhì)仍是人手用力揮動安全錘敲打玻璃，當緊急情況出現(xiàn)時，由于乘客情緒緊張，心情急躁，很難在短時間內(nèi)拿到安全錘并找到合適擊打點正確使用。當前配備的安全錘基本上是一樣的，這種傳統(tǒng)型安全錘小巧輕便，易于摘取，很容易被一些人順手牽羊。普通的用于公交車上的輔助逃生工具安全錘容易被盜，安全錘在使用時存在空間限制問題，且緊急情況下，乘客很難在短