“弹性”是指物体的拉伸力，而“弹簧”是指有弹性的部件。由金属或非金属制成的具有跳跃和弹性特性的物体，可以利用拉伸和扭曲作用产生的回弹力来带动其他物体移动，产生自动松弛、恢复或其他效果。称之为“春天”。英语以“Spring”作为春天的名称，意思是对像泉水一样的跳动活动的想象。

大多数自动、可控、慢动部件都必须使用或安装弹簧。在工业发达的今天，弹簧的用途非常广泛，也是机械元件之一。他们在行业中是独一无二的。一般来说，工业用品和日用品弹簧应用广泛。如：弹簧床/椅、电器开关柜、钟表、玩具、电视、冰箱、洗衣机等家居用品中，不胜枚举。机械零件在工业产品中的应用，如车辆的防振减震、隔振等装置，内燃机的高速振动缓冲机构，压缩机、仪器仪表的平衡及防振装置，以及机械自动恢复装置等。它的用途很广泛，只要随时注意观察就可以检测到。

弹簧虽然在整个制造业中只是很小的一个部件，但它的作用却不容小觑。

内容

4 弹簧的作用

弹簧特点

弹簧类型

用于制造弹簧的材料

5点：弹簧失效分析及预防技术参考

结语

拓发制造能力

4 弹簧的作用

弹簧是一种应用广泛的弹性零件，具有易变形、弹性高的特点。现实生活中的4个主要功能如下，中国深圳将为大家介绍 拓发数控加工.

1、适度冲击、吸收振动

利用弹簧变形来吸收冲击和振动的能量，如车辆和锻造设备上的缓冲弹簧、联轴器中的减振弹簧等。

2、控制机构的动作

利用弹簧的弹力保持零件之间的接触来控制机构的运动，如内燃机中的气门弹簧、制动器、离合器、凸轮机构、调速器中的控制弹簧、安全阀上的安全弹簧等。

3、能量的储存和输出

利用弹簧变形储存的能量做功，如钟表弹簧、枪栓弹簧、自动机床中刀架自动回位装置中的弹簧等。

4、测量力的大小

利用弹簧变形量与其所承受的载荷成线性关系的特性来测量载荷的大小，如测功机、弹簧秤、发动机测功机中的弹簧。

弹簧特点

（一个）;载荷与变形的关系——作用在弹簧上的载荷P与安装的弹簧的变形S成正比，比例常数为K。即使弹簧单元变形所需的载荷称为弹簧常数。 P=KS 通常弹簧常数是恒定的，但也有特殊场合，载荷与变形的关系非常复杂。

（二） ;能量吸收——弹簧具有吸收累积能量的性质和作用U，通常表示为U=1/2KS2，相当于三角形OMN的面积。吸收能量较大的更适合缓冲冲击和积累。

（C）;固有振动——当载荷、变形等外界因素作用于弹簧并消除这些因素时，弹簧以固有振动频率进行固有振动。

（四）;隔振——为了防止机器的振动通过基础传递到其他建筑物或机器上或防止其他机器的振动从基础传递到机器或仪器上，机器由弹簧支撑，衰减其传递的固有振动数。振动数的系数比等

（五）;缓冲冲击——当弹簧受到冲击时，为了提高缓冲效果，应将物体的动能全部转化为弹簧的弹性能。

弹簧类型

弹簧的种类很多，分类方法也多种多样，但都没有定论，大致可分为以下五类。

按使用材料分类

弹簧

金属弹簧

钢弹簧

碳钢弹簧

合金钢弹簧

有色金属弹簧

钢合金弹簧

镍合金弹簧

other

非金属弹簧

橡胶弹簧

流体弹簧

空气弹簧

液体弹簧

合成树脂弹簧

产品弹簧

other

使用的材料不能明确划分，即有金属弹簧与橡胶的组合、空气弹簧与金属弹簧的组合等。

按形状分类

弹簧

螺旋弹簧（圆柱、圆锤、鼓、桶）

板簧

扭簧

简化弹簧

卷簧

环形弹簧

螺旋弹簧

垫圈（弹簧垫圈、齿形垫圈、波形垫圈）

锯齿形弹簧、带扣等

按构成弹簧的平片的受压状态分类

弹簧

承受弯曲弹簧

板簧, 板簧

扭转螺旋弹簧

涡旋弹簧

螺旋弹簧

齿形垫圈、波形垫圈

承受扭转弹簧

拉力螺旋弹簧

压缩螺旋弹簧

扭簧

简单的弹簧

弹簧垫圈

受拉压缩弹簧

环形弹簧

复合应力弹簧

弯曲螺旋弹簧

用于横向负载的螺旋弹簧

带螺旋弹簧

按承载时间条件分类

按承载时间条件分类如下，但在静态条件下，必须考虑静态强度和稳定性，在动态条件下，必须充分考虑疲劳强度和弹簧共振。

静态条件下使用的弹簧：

承载装置、调节装置——秤、安全阀弹簧、压力计弹簧、弹簧垫圈。

储存能量——时钟的弹簧、电唱机、机器的手表弹簧。

动态条件下使用的弹簧：

恢复性用途-气门弹簧、调速器弹簧。

减振 - 车辆车架弹簧。

吸收冲击能量——连接器和电梯的缓冲弹簧。

除在普通环境下使用外，还可在高温、低温、腐蚀性气氛下使用。

其他

使用组合弹簧时，按其组合方式可分为串联组合弹簧和并联组合弹簧。串联组合弹簧常数是各个弹簧的弹簧常数倒数之和的倒数，并联弹簧是各个弹簧弹簧常数之和的倒数。

弹簧的特点是积聚大量的能量，但各个弹簧吸收能量的能力不同，所以在选择弹簧时，建议选择最有吸引力的，并找到弹簧吸收的最大能量每单位体积。

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用于制造弹簧的材料

弹簧充分利用了弹簧材料的弹性。当然，弹性越高，材质越好。然而，在设计弹簧时，对弹簧材料提出了物理、化学、机械性能的要求。选择材料时需要注意的事项有很多。视个人情况而定。

螺旋弹簧的制造工艺包括：卷制、端环钩制或精加工、热处理和工艺性能检验。

弹簧成型后，应进行表面质量检验。表面应光滑、无伤痕、脱碳等缺陷；承受变化载荷的弹簧还必须进行喷丸等表面处理，以提高弹簧的疲劳寿命。

弹性极限

弹性极限是材料受到一定的力变形后，去除力时相对于不保持变形的最大力的应力。这个很难确定，但弹性极限与拉伸强度有一定的关系。选择具有高弹性极限的材料通常等于选择具有高拉伸强度的材料。因此，选择化学成分是合适的。热处理或冷加工。弹性极限与抗拉强度之比，即弹性比，随加工方法的不同而不同，但作为弹簧使用时，必须掌握状态的弹性域。

弹簧系数

当弹簧材料受力时，产生单位应变时的应力称为弹性系数值。弹簧设计的基本弹簧材料的弹性系数主要取决于其化学成分，由于热处理和冷加工而略有变化，当温度较高时会大大降低。

疲劳强度

承受动态载荷的弹簧必须考虑疲劳强度。疲劳强度与材料的抗拉强度有一定关系，但因表面状态脱碳、冷加工和热处理而发生变化。这些条件是由于弹簧材料的制造造成的。方法，弹簧的制造方法不断变化，所以在选择材料时一定要注意。

淬透性

为了提高淬火效果，大型弹簧需要淬透性好的材料，至少中心部分必须淬火成50%马田松铁组织。

形状和大小

弹簧材料的机械性能根据尺寸的不同而不同，缺乏特殊的尺寸和形状将受到相当的限制。制造时弹簧材料的尺寸公差必须根据材料的不同而不同，因此必须与弹簧的载荷特性相匹配。根据精度来选择材料，反之，当负载特性要求太高时，材料必然非常昂贵。

耐热性

课程教材

横向弹性模量

GX103（公斤/毫米2)

纵向弹性模量

×103（公斤/毫米2)

温度极限°c

弹簧钢

8

21

150

硬钢丝

8

21

150

钢琴线

8

21

180

不锈钢

7

17

310

青铜

4

10

400

镍

4

11

磷青铜

4

11

银铜

5

12

有些弹簧是在一定的高温下使用的，通常弹簧材料的各种机械性能随着温度的升高而下降，超过一定的温度弹簧特性下降。常用温度范围表如下：

耐腐蚀性能

有时弹簧用于腐蚀性环境。如果从弹簧表面开始均匀地腐蚀和减少弹簧，则负载只会相应地减少与尺寸的减少。然而，点蚀一般是由腐蚀疲劳想象引起的。当高于时，将出现超过估计值的恶化。材料的耐腐蚀性主要取决于其化学成分，但腐蚀因素较多，因此必须根据环境来选择材料。即使材料合适，耐腐蚀性也会因热处理、冷室加工而异。

电导率

电器、通讯机器等常常用于导电。此时，可以采用黄铜、磷青铜、铍铜等铜合金系列作为弹簧材料。

热膨胀

铜锈游丝非常忌讳因温度变化而膨胀和收缩，此时应采用特殊材料。

其它

存在晶粒尺寸、非金属夹杂物挠度、热处理变形、加工性、耐寒性等各种问题，必须选择易于处理的材料。

5点：弹簧失效分析及预防技术参考

弹簧是通用机械的重要组成部分。在工作过程中起到缓冲平衡、储能、自动控制、返回、安全保险等作用。弹簧在使用过程中，常因各种原因造成机械故障。为此，有必要探讨一下弹簧失效的原因及预防措施。

导致弹簧失效的主要因素有材料缺陷、制造缺陷、热处理不当、表面处理不当和工作环境因素。弹簧表面缺陷，包括碰撞伤痕、微动磨损、凹坑等，是弹簧失效的主要原因，约占50%；裂缝占20%；宽松13%；脱碳、热处理、表面强化约占3%。弹簧失效可能是由一种原因或多种因素的组合引起的。因此，弹簧的失效分析首先必须对实例的失效现象进行各种调查分析，找出失效模式，找出失效的原因和因素，然后提出改进措施。

弹簧材质导致弹簧失效

1、由于钢材的冶炼方法不同，钢材中会存在夹杂物，导致弹簧不同程度的早期疲劳失效。夹杂物过多或尺寸过大、均匀性差会影响材料的力学性能，容易出现早期疲劳失效。

例如：某公司的汽车扭杆弹簧悬架型号SY6480（Ф22mm）打破了当时新车的仓库。据分析，断裂是由于弹簧亚表层存在粗大、脆性夹杂物所致。

威尔森氏症可以预防吗?：弹簧材料必须具有良好的冶金质量，如化学成分控制严格、纯度高、夹杂物含量低等。同时还要求材料成分和结构的均匀性和稳定性。为了减少钢中有害气体和杂质元素，提高钢的纯净度，应采用真空冶炼、电渣重熔等冶炼技术。

2、轧制过程中可能出现的缺陷：残余缩管、中心裂纹；折叠缺陷；线状缺陷、划痕；表面凹坑；过热、橘皮状表面、凹坑；这些可能会导致弹簧故障。因此，钢厂应尽力避免和消除轧制过程中产生的缺陷。弹簧厂应加强弹簧原材料的质量检验，尽量使用表面质量好的材料。

冷弯弹簧成型时，弹簧表面缺陷可能是由于弹簧加工时工艺设备不良或调整操作不当造成的。例如，当在自动卷簧机上切割弹簧时，切割器可以将线材的内表面插入到弹簧附近。由于热成型弹簧加热温度较高，弹簧表面会出现橘皮缺陷，大大降低弹簧的疲劳寿命。或者，在热成型过程中，由于加热温度低，钢材的塑性不够。在热成型过程中，弹簧的表面应力超过材料的强度极限，从而产生裂纹。因此，在制造过程中必须加强弹簧表面的质量检验，避免表面缺陷。

T制造过程中弹簧失效

冷弯弹簧成型时，弹簧表面缺陷可能是由于弹簧加工时工艺设备不良或调整操作不当造成的。例如，当在自动卷簧机上切割弹簧时，切割器可以将线材的内表面插入到弹簧附近。由于热成型弹簧加热温度较高，弹簧表面会出现橘皮缺陷，大大降低弹簧的疲劳寿命。或者，在热成型过程中，由于加热温度低，钢材的塑性不够。弹簧在热成型过程中，表面应力超过材料强度极限，容易产生裂纹。因此，在制造过程中必须加强弹簧表面的质量检验，避免表面缺陷。

热处理工艺缺陷导致弹簧失效

当加热或冷却时，弹簧表面和中心的温度分布不均匀，会产生热应力，相变过程会产生组织应力。当总量超过材料的强度极限时，就会引起开裂。这种缺陷多见于水淬的大型弹簧，裂纹无法修复，只能报废。另外，原材料的缺陷，如钢材的残余收缩、白斑、冷作刀痕、冷拔、热轧时的划伤、皱纹等，也会造成淬火时的应力集中和开裂。淬火热处理时，由于原表面折叠裂纹短而浅，裂纹径向扩展至3.9mm。在疲劳测试中，它首先膨胀，直到达到临界尺寸并导致弹簧瞬间断裂。热处理不当会产生粗大淬火马氏体等异常组织；第一共析铁素体或游离铁素体；碳化物偏析；弹簧热处理变形；表面氧化和脱碳会导致弹簧失效。

例如：某厂60Si2MnA热成型弹簧，d=25，d=120，n=5，900-950℃轧制，轧制后淬火一次，470-490℃回火，加载后，弹簧持续了几次早期的失败。对失效弹簧的检查发现各个弹簧存在淬火裂纹。通过对炉内气体成分分析，发现XNUMX个月左右气体成分不合适，发热量过高，导致炉温过高，个别弹簧过热，奥氏体晶粒粗大，水中淬火后出现淬火裂纹。由于水的冷却能力强，在奥氏体向马氏体转变的温度范围内，弹簧表面与心部的温差增大。由于马氏体转变的顺序不同，导致结构应力较大而产生许多裂纹。

预防措施：除了严格控制加热温度和保温时间外，控制炉内气氛也很重要。定期分析加热气体成分，确保正常加热。为了减少变形，防止淬裂，除超大型热成型弹簧外，一般热成型弹簧采用油冷却。

表面处理工艺不合理

1、表面喷丸工艺、喷丸设备、工艺方法和操作水平对喷丸影响很大。如果制造商不将喷丸工艺视为重要的强化工艺，则必须充分重视喷丸工艺。如果需要控制或检测喷丸工艺的效果，则喷丸可能得不到理想的强化效果，甚至可能成为弹簧早期失效的原因。

工厂进口的弹簧原材料表面经过氮化处理，表面硬度高。喷丸处理后，表面出现裂纹并最终破裂。因此，针对不同的材料、不同的工艺，需要选择合适的喷丸工艺。

2、电镀过程中，弹簧表面及镀层含有大量的氢。如果不及时、彻底清除，会造成工作过程中氢气滞后而失效。有时在氧化处理或磷化处理前，为了去除弹簧表面的氧化皮和锈迹，需要进行酸洗。当酸洗过度导致大量氢气渗入零件内部，而未能及时、充分去除氢气时，就会造成弹簧氢脆失效。

例如：直径为70mm的0.6英寸冷拉碳弹簧钢丝镀镉制成直径为4.0mm的扭簧，在装配过程中断裂。能谱分析（EDS）、金相分析和扫描电子显微镜（SEM）对断口进行宏观和微观检查分析，结果表明，弹簧在绕制过程中产生的残余拉应力以及镀前与含氢介质的接触，使大量的氢分布呈分散形式并沿晶体形成裂纹，在外力作用下，沿晶体发生弹簧脆性断裂。

工作条件对弹簧失效的影响

载荷条件对弹簧失效的影响

一般机械中有很多弹簧会受到冲击的影响，例如注射泵的柱塞弹簧。这种类型的弹簧经常在第二和第三线圈上断裂，因为冲击载荷首先施加到第二和第三线圈并且不能足够快地传递到其他线圈。前几轮受到的打击最严重，变形也比各自的轮次更大。更多的。

设计时应考虑动力效应，尽可能避免弹簧一端与弹簧固有频率的共振。然而，有时共振现象是不可避免的，应力幅增加超过5%。因此，必须采取相应的措施，如采用较高的固有频率，防止其与较低的谐波发生共振。合理设计凸轮轮廓，减小工作台节距。减小弹簧末端的节距以改变减震的固有频率；在弹簧中间添加摩擦力阻尼。

严格来说，弹簧工作时，不可能作用在载荷的几何中心线上，而会形成偏心载荷，总是偏移距离e。这种偏心载荷会产生额外的应力，从而显着降低弹簧的安全压力，导致过早失效。另外，弹簧刚开始工作时过载是很危险的。初始过载损伤的积累降低了弹簧的疲劳极限，导致早期疲劳断裂。

环境因素对弹簧失效的影响

在腐蚀环境中，交变载荷会导致腐蚀疲劳。由于腐蚀环境会加速疲劳的引发和扩展，从而显着降低弹簧的疲劳寿命。例如，在淡水腐蚀下，弹簧钢样品在大气中的持久极限仅为10%至25%。

实例：对某电厂汽轮机主阀控制座弹簧断裂失效进行分析。结果表明，弹簧材料的化学成分和结构符合国家标准。其早期疲劳断裂的主要原因是弹簧表面的腐蚀坑；使用前放置弹簧时会形成腐蚀坑，改善了环境，缩短了弹簧放置时间。时间可以避免腐蚀坑。

在弹簧零件中，如螺旋压缩弹簧两端的环、拉簧的钩子、扭杆的固定端、叶片之间的微动磨损等。某公司离合器减震弹簧在疲劳试验中断裂。经分析，弹簧受到外力冲击、摩擦，使弹簧过渡环接触区域的位置发生偏移，不仅产生一个平面的微振动磨损，而且产生不同的微振动。磨损表面的重叠导致磨损表面相交处应力集中，导致断裂。

预防措施：可以通过采用耐腐蚀材料或在弹簧表面形成保护层的表面处理方法来解决。

微动磨损和碰撞痕迹和凹坑

预防措施：除消除振动、改进结构设计外，采用各种表面处理如离子注入、化学热处理、喷丸、滚压等表面硬化工艺，提高表面的耐磨性和疲劳性能，可提高其抗磨损能力。通过润滑降低表面（包括固体、半固体和液体）的摩擦系数也可以减缓微动损坏的过程。

由于弹簧表面划伤、凹坑而导致弹簧失效的情况很多，占部件失效的很大比例。例如，某公司的离合器板弹簧由于弹簧表面严重划伤而过早疲劳和断裂。这种表面缺陷可能是在弹簧制造过程中出现的，也可能是在使用过程中发生碰撞的。上面已经描述了制造过程。在使用过程中，用户应检查使用环境，以免弹簧受到影响。

工作温度的影响

由于不同材料的耐热性能不同，当温度升高时，金属会随着热量的增加而膨胀，相应的尺寸变化就会改变弹簧的各种性能。不仅如此，弹簧的弹性模量E和剪切模量G也会减小，因此即使在载荷恒定的情况下，弹簧的变形也会增大。此外，在应力、温度和时间的共同作用下，变形和松弛将是弹簧失效的重要形式。

例如：压缩机气门弹簧采用钢琴丝制成，如果长期在160℃以上的温度下运行，几乎所有的气门弹簧都会因应力松弛和高度降低而被压缩在气门座孔内。 ，气门弹簧的工作性能就会丧失。并失败。

低温与高温条件相反。低温会增加材料的弹性模量、硬度和强度，但会降低材料的塑性和韧性。特别是当温度低于材料的冷脆转变温度时，材料的脆性会非常严重。例如，在-40°C时，弹簧在冲击载荷作用下常常会断裂成几段。

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结语

随着弹簧应用技术的发展，弹簧是机械、电子工业中广泛应用的弹性元件。弹簧在加载时能产生较大的弹性变形，将机械功或动能转化为变形能，而卸载时后弹簧的变形消失并恢复到原来的形状，同时将变形能转化为机械功或动能。

如今，在科技不断进步的社会，弹簧产品在使用过程中受到人们的青睐。弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。一般由弹簧钢制成。弹簧虽小，但作为一般基础部件，其数量很大，品种繁多。用于控制零件的运动、减轻冲击或振动、储存能量、测量力的大小等，广泛应用于机器、仪器仪表中。几乎全球经济的所有领域都参与其中。目前，弹簧产品需求量较大的市场有五个：交通运输、日用五金、仪器仪表及电子电器、工矿配件、海外出口市场。

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