圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的幾何參數(shù)和特性曲線

一、圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)

圓柱螺旋彈簧的端部結(jié)構(gòu)形式很多，壓縮彈簧的兩端各有3/4-5/4　　　圈與鄰圈并緊，只起支持作用，不參與變形，故稱支撐（或死圈）。支撐圈兩端面與彈簧座接觸，常見(jiàn)的端部結(jié)構(gòu)有并緊磨平的YI型和并緊不磨平的YⅡ型兩種，如圖10-16所示。在重要場(chǎng)合應(yīng)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(shí)不致歪斜，兩端磨平部分的長(zhǎng)度不少于3/4圈，彈簧絲末端厚度一般為d/4。

拉伸彈簧的端部制出掛鉤，以便安裝和加載，常用的端部結(jié)構(gòu)形式如圖10-17所示。其中，LI型和LⅡ型制造方便，應(yīng)用廣泛，但因在掛鉤過(guò)渡處產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，故只宜用于彈簧絲直徑d≤10mm的彈簧，LⅦ型和LⅧ型掛鉤受力情況較好，且可轉(zhuǎn)向任何位置，便于安裝。對(duì)受力較大的重要彈簧，最好采用LⅦ型掛鉤，但其制造成本較高。

二、基本參數(shù)和幾何尺寸

圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)和幾何尺寸有：彈簧絲直徑d，彈簧圈外徑D、內(nèi)徑D₁和中徑D₂，節(jié)距t和螺旋升角α，彈簧工作圈數(shù)n和彈簧自由高度H。

  圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算公式見(jiàn)

三、圓柱螺旋彈簧的特性曲線

彈簧在彈性范圍內(nèi)變形，其變形量隨載荷的變化而變化，表示彈簧工作過(guò)程中所受載荷與變形量之間關(guān)系的曲線。稱為彈簧的特性曲線。特性曲線給設(shè)計(jì)彈簧時(shí)的受力分析提供了方便，同時(shí)也是彈簧質(zhì)量檢驗(yàn)或試驗(yàn)的重要依據(jù)。

圖10-19所示為圓柱螺旋壓縮彈簧及其特性曲線。彈簧在未受載荷時(shí)，自由高度為Hv。安裝彈簧時(shí)，為使它能可靠地穩(wěn)定在工作位置上，通常預(yù)加一初始載荷F₁，此時(shí)彈簧的高度由H₀被壓縮到H₁，其壓縮量為λ₁。當(dāng)彈簧工作時(shí)，在最大工作載荷F₂作用下，彈簧高度被壓縮到H₂，相應(yīng)的壓縮量為λ_2。彈簧的工作行程h＝λ₂-λ₁。為保證彈簧安全可靠的工作，在F2作用下彈簧絲中產(chǎn)生的應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)材料的許用應(yīng)力[r]。當(dāng)彈簧的載荷增加到極限載荷F_lim時(shí)彈簧高度被壓縮到H_lim,其壓縮變形量為λ_lim。此時(shí)彈簧絲中的應(yīng)力剛好達(dá)到材料的彈性極限。

設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，彈簧的初始載荷通常取為：F₁＝（0.1-0.5）F₂。最大工作載荷F₂按工作要求確定，但為保證彈簧的正常工作，應(yīng)使F₂≤0.8F_lim。

按卷繞方式不同，拉伸彈簧分無(wú)初應(yīng)力和有初應(yīng)力兩種。無(wú)初應(yīng)力拉伸彈簧的特性曲線與壓縮彈簧的特性曲線相同。初應(yīng)力是在彈簧卷繞過(guò)程中，由各圈彈簧并緊而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力造成的，這個(gè)力稱為初拉力F。只有外載荷超過(guò)初拉力F₀后，彈簧才開(kāi)始變形。彈簧產(chǎn)生單位變形量所需的載荷，稱為彈簧剛度，用K表示。對(duì)于等節(jié)距的圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧，其特性曲線為一斜直線，即彈簧所產(chǎn)生的變形量λ與其所承受的載荷F成正比例關(guān)系，故剛度K＝F/λ＝常數(shù)，這種彈簧稱為定剛度彈簧。

彈簧的特性曲線除了上述的定剛度直線外，按其結(jié)構(gòu)形式的不同，還有剛度漸增型、剛度漸減型等多種形式。