弹簧力量计算公式[13篇] 以下是网友分享的关于弹簧力量计算公式的资料13篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。 弹簧力量计算公式第一篇 百度空间 百度首页 宁静致远 淡泊明志 主页博客相册个人档案 好友 查看文章 弹簧力的计算 2007-11-21 12:48 压力弹簧 登录 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）：K=(G×ｄ) ／（８×Ｄｍ×Ｎｃ） ４３ G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300；磷青铜线 ；黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例:线圈 ,钢丝材质=琴钢丝 K=(G×ｄ) ／（８×Ｄｍ×Ｎｃ）＝（８０００×２）／（８×２０×３．５）＝０．５７１ｋｇｆ／ｍｍ ４３４３ 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同。 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷(kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: K=(Ｅ×ｄ) ／（１１６７×Ｄｍ×ｐ×Ｎ×Ｒ） ４ E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线,黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 弹簧力量计算公式第二篇 压簧、拉簧、扭簧弹力计算公式 压力弹簧 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000，不锈钢丝G=7300， 磷青铜线 ，黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例: 线圈 ,钢丝材质=琴钢丝 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k ×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线 ,黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 弹簧力量计算公式第三篇 弹簧弹力计算公式详解 压力弹簧、拉力弹簧、扭力弹簧是三种最为常见的弹簧，压力弹簧、拉力弹簧、扭力弹簧的弹力怎么计算，东莞市大朗广原弹簧制品厂为您详解，压力弹簧、拉力弹簧、扭力弹簧的弹力计算公式。 一、压力弹簧 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷; 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm); 弹簧常数公式(单位：kgf/mm)： G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ;不锈钢丝G=7300 ，磷青铜线 ，黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例: 线圈 , 钢丝材质=琴钢丝 二、拉力弹簧 拉力弹簧的 k 值与压力弹簧的计算公式相同 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹 簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-(k×F1)=最大负荷-(弹簧常数×拉伸长度) 三、扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm). 弹簧常数公式(单位：kgf/mm): E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线 ,黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 弹簧力量计算公式第四篇 弹力计算公式 压力弹簧 初拉力计算 F 0=〖｛π3.14×d ｝÷(8×D) 〗×79mpa 3 F 0=｛3.14×(5×5×5) ÷(8×33) ｝×79=117 kgf 1. 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 2. 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm)； 3. 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）； 43K=(G×d )/(8×D ×Nc) G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300 ，60Si2MnA 钢丝G=7900，磷青铜线 ，黄铜线 d=线径(钢丝直径) D=中径 N=总圈数 Nc=有效圈数 F=运动行程(550mm) 弹簧常数计算范例： 线圈 , 钢丝材质=不锈钢丝 K=(G×d )/(8×D ×Nc)=(7900×5)/(8×20×9.5)=8.12kgf/mm ×(F=100)=812 kgf 4343 拉力弹簧 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm) 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： K=(E×d )/(1167×D ×p ×N ×R) E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ，不锈钢丝E=19400 ，磷青铜线 ， 黄铜线 d=线径(钢丝直径) D=中径 N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 4 弹簧力量计算公式第五篇 弹簧弹力计算公式 很多朋友不是很清楚弹簧的弹力的计算公式，下面成都郫县鑫牛弹簧厂小编为您详细介绍一下： 压力弹簧的设计数据，除弹簧必威官方网站 必威网址尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷; 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加 1mm距离的负荷(kgf/mm); 弹簧常数公式(单位：kgf/mm)：K=(G×d4)/(8×Dm3×Nc) G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ;不锈钢丝G=7300;磷青铜线 ;黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例:线圈 ,钢丝材质=琴钢丝 K=(G×d4)/(8×Dm3×Nc)=(8000×24)/(8×203×3.5)=0.571kgf/mm 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同。 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-(k×F1)=最大负荷-(弹簧常数×拉伸长度) 更多四川成都弹簧、拉簧、扭簧、卡簧等信息，请参见成都郫县鑫牛弹簧官网 弹簧力量计算公式第六篇 弹簧特性变量计算公式 弹簧变形能对拉伸和压缩弹簧为: 对扭转弹簧为: 载荷F(或T) 与变形f(或ч) 之间的关系曲线称为弹簧的特性线。弹簧的特性线大致有以下三种类型： (1)直线)渐减型; 载荷增量dF(或dT) 与变形增量df(或d ч) 之比, 即产生单位变形所需的载荷, 称为弹簧的刚度. 对于压缩和拉伸弹簧的刚度为:F=dF/df,对扭转弹簧的刚度为:T=dT/dч。 当设计缓冲或隔振弹簧时，弹簧的变形能，也就是在受载荷后能吸收和积蓄的能量，应该进行计算。 式中 G-------弹簧材料的切变模量 E-------弹簧材料的弹性模量 K-------比例系数，对不同类型的弹簧又不同的值. 它标志着材料的利 用程度，所以也成为利用系数。 从式中可以看出，变形能与模量G 和E 成反比，因此, 低的模量对于要求大的变形能有利。同样，低的模量对弹簧刚度也有利。又变形能的大小与最大工作应力的平方成正比，增大应力就意味着要求材料有高的弹性极限，高的弹性极限也对应着高的模量。但应力是以平方形式出现的，所以在选择材料时, 它起决定性作用。 在设计弹簧时，为了得到大的变形量，从方程式中可以看出，可提高弹簧材料的体积或者应力，或者两者同时提高。 以上信息由东莞市玖胜五金弹簧有限公司提供，信息纯属公司技术，不排除有错误可能，请谨慎下载！！！ 弹簧力量计算公式第七篇 压力弹簧计算公式 压力弹簧 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300 ，磷青铜线 ，黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例: 线圈 ,钢丝材质=琴钢丝 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm） : E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 , 不锈钢丝E=19400 , 磷青铜线 ,黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 大量自学内容可能对你会有帮助/study.asp?vip=3057729 弹簧力量计算公式第八篇 弹簧力值计算公式 压力弹簧 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： 铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例: 线圈 , 钢丝材质=琴钢丝 拉力弹簧 G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300 ，磷青铜线 ，黄 拉力弹簧的 k 值与压力弹簧的计算公式相同 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 , 黄铜线 弹簧力量计算公式第九篇 压力弹簧计算公式 压力弹簧 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300 ，磷青铜线 ，黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例: 线圈 ,钢丝材质=琴钢丝 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 , 不锈钢丝E=19400 , 磷青铜线 ,黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 弹簧力量计算公式第十篇 压簧、拉簧、扭簧弹力计算公式 压力弹簧 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000，不锈钢丝G=7300， 磷青铜线 ，黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例: 线圈 ,钢丝材质=琴钢丝 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k ×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线 ,黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 弹簧力量计算公式第十一篇 弹力计算公式2 压 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm 距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）： G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300 ，磷青铜线 ，黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例: 线圈 , 钢丝材质=琴钢丝 拉力弹簧的 k 值与压力弹簧的计算公式相同 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1 ）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭 弹簧常数：以 k 表示 , 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷(kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线 线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 , 黄铜 弹簧力量计算公式第十二篇 压缩弹簧参数计算 線徑d （mm) 20G/(Kg/mm许用剪切应力[τ]中徑D（mm)有效圈數n材质) （Mpa）110560Si2Mn 8000740 圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的设计 1 圆柱弹簧的参数及几何尺寸 1、弹簧的主要尺寸（见右图） 如图所示，圆柱弹簧的主要尺寸有：弹簧丝直径d 、弹簧圈外径D 、弹簧圈内径D1，弹簧圈中径D2，节距t 、螺旋升角a 、自由长度H0等。 2、弹簧参数的计算 弹簧设计中，旋绕比（或称弹簧指数）C 是最重要的参数之一。 C=D2/d，弹簧指数愈小，其刚度愈大，弹簧愈硬，弹簧内外侧的应力相差愈大，材料利用率低；反之弹簧愈软。常用弹簧指数的选取参见表。 弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为： 弹簧节距t 一般按下式取： （对压缩弹簧）； t=d （对拉伸弹簧）； 式中：λmax --- 弹簧的最大变形量； Δ --- 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d 。 弹簧钢丝间距： δ=t-d ； 弹簧的自由长度： H=nδ+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）； H=nδ+(n0+1)d（两端并紧，但不磨平）。 弹簧螺旋升角： ，通常α取5～90 。 弹簧丝材料的长度： （对压缩弹簧）； （对拉伸弹簧）； 其中l 为钩环尺寸。 2 弹簧的强度计算 1 、弹簧的受力（见右图） 图示的压缩弹簧，当弹簧受轴向压力F 时，在弹簧丝的任何横剖面上将作用着：扭矩T=FRcosα ，弯矩M=FRsinα，切向力Q=Fcosα和法向力N=Fsinα（式中R 为弹簧的平均半径）。由于弹簧螺旋角α的值不大（对于压缩弹簧为6～90 ）, 所以弯矩M 和法向力N 可以忽略不计。因此，在弹簧丝中起主要作用的外力将是扭矩T 和切向力Q 。α的值较小时，cosα≈ 1,可取T=FR和Q=F。这种简化对于计算的准当拉伸弹簧受轴向拉力F 时，弹簧丝槽剖面上的受力情况和压缩弹簧相同，只是扭矩T 和切向力Q 均为相反的方向。所以上述两种弹簧的计算方法可以一并讲述。 2、弹簧的强度 从受力分析可见，弹簧受到的应力主要为扭矩和横向力引起的剪应力，对于圆形弹簧丝 系数Ks 可以理解为切向力作用时对扭应力的修正系数，进一步考虑到弹簧丝曲率的影响，可得到扭式中K 为曲度系数。它考虑了弹簧丝曲率和切向力对扭应力的影响。一定条件下钢丝直径 3、弹簧的刚度 圆柱弹簧受载后的轴向变形量 式中n 为弹簧的有效圈数；G 为弹簧的切变模量。 这样弹簧的圈数及刚度分别为 对于拉伸弹簧，n120时，一般圆整为整圈数，n14、稳定性计算 压缩弹簧的长度较大时，受载后容易发生图a) 所示的失稳现象，所以还应进行稳定性的验算。（见为了便于制造和避免失稳现象出现，通常建议弹簧的长径比b=H0/D2按下列情况取为： 弹簧两端均为回转端时，b≤2.6； 弹簧两端均为固定端时，b≤5.3 ； 弹簧两端一端固定而另一端回转时，b≤3.7。 如果b 大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，并限制弹簧载荷F 小于失稳时的临界载荷Fcr 。一般取F=Fcr/(2～2.5) ，其中临界载荷可按下式计算： Fcr=CBkH0 式中，CB 为不稳定系数，由下图查取。 如果FFcr，应重新选择有关参数，改变b 值，提高Fcr 的大小，使其大于Fmax 之值，以保证弹簧的稳定性。若受结构限制而不能改变参数时，就应该加装图b) 、c) 所示的导杆或导套，以免弹簧受载时 最大许用压 力Ps(Kg.f) 2154.368051弹簧常数K （Kg/mm)24 圈内径D1，弹簧圈中径D2， 差愈大，材料利用率低；反 用着：扭矩T=FRcosα ，弯 径）。由于弹簧螺旋角α的 T 和切向力Q 均 n1k 19531.25N/M7.68因此，在弹簧丝中起主要作F 。这种简化对于计算的准，只是扭矩簧丝丝曲率的影响，可得到扭条件下钢丝直径；对于压缩弹簧总圈数 ，通常弹簧的有效圈数最 弹簧，刚度愈大，弹簧也 引起较大的切应力。此外， 。 进行稳定性的验算。（见 列情况取为：Fcr 。一般 图a 图b 图c 稳时的临界载荷 Fmax 之值，以保证弹簧的 杆或导套，以免弹簧受载时 c 弹簧力量计算公式第十三篇 弹簧弹力计算 压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷； 弹簧常数：以k 表示，当弹簧被压缩时，每增加 1mm距离的负荷(kgf/mm)； 弹簧常数公式（劲度系数）（单位：kgf/mm）：K=(G×ｄ４) ／（８×Ｄｍ３×Ｎｃ） d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例:线圈 ,钢丝材质=琴钢丝 K=(G×ｄ４) ／（８×Ｄｍ３×Ｎｃ）＝（８０００×２４）／（８×２０３×３．５）＝０．５７１ｋｇｆ／ｍｍ G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000 ；不锈钢丝G=7300；磷青铜线 ；黄铜线 拉力弹簧 拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同。 拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。 初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度） 扭力弹簧 弹簧常数：以 k 表示, 当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷(kgf/mm). 弹簧常数公式（单位：kgf/mm）: K=(Ｅ×ｄ) ／（１１６７×Ｄｍ×ｐ×Ｎ×Ｒ） E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线,黄铜线 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 R=负荷作用的力臂 p=3.1416 ４ 弹簧的工作载荷Fx 应该在0.2Fs ≤Fx ≤0.8Fs （Fs 为试验载荷：测定弹簧特性是应加的最大载荷） 弹簧钢丝和弹性合金丝(上) 东北特殊钢集团大连钢丝制品公司 徐效谦 弹性材料是机械和仪表制造业广泛采用的制作各种零件和元件的基础材料，它在各类机械和仪表中的主要作用有：通过变形来吸收振动和冲击能量，缓和机械或零部件的震动和冲击；利用自身形变时所储存的能量来控制机械或零部件的运动；实现介质隔离、密封、软轴连接等功能。还可以利用弹性材料的弹性、耐蚀性、导磁、导电性等物理特性，制成仪器、仪表元件，将压力、张力、温度等物理量转换成位移量，以便对这些物理量进行测量或控制。 1 弹性材料的分类 1.1 按化学成分分类 弹性材料可分为：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢、铁基弹性合金、镍基弹性合金、钴基弹性合金等。 1.2 按使用特性分类 根据弹性材料使用特性，可作如下分类： 1.2.1 通用弹簧钢 (1)形变强化弹簧钢：碳素弹簧钢丝。 (2)马氏体强化弹簧钢：油淬火回火钢丝。 (3)综合强化弹簧钢：沉淀硬化不锈钢丝 1.2.2 弹性合金 (1)耐蚀高弹性合金 (2)高温高弹性合金 (3)恒弹性合金 (4)具有特殊机械性能、物理性能的弹性合金 2 弹簧钢和弹性合金的主要性能指标 2.1 弹性模量 钢丝在拉力作用下产生变形，当拉力不超过一定值时，变形大小与外力成正比，通常称为虎克定律。公式如下： ε=σ/E 式中 ε— 应变（变形大小） σ— 应力（外力大小） E — 拉伸弹性模量 拉伸弹性模量(又称为杨氏弹性模量或弹性模量) 是衡量金属材料产生弹性变形难易程度的指标，不同牌号弹性模量各不相同，同一牌号的弹性模量基本是一个常数。 工程上除表示金属抵抗拉力变形能力的弹性模量外（E ），还经常用到表示金属抵抗切应力变形能力的切变弹性模量（G ）。 拉伸弹性模量与切变弹性模量之间有一固定关系：G =，牌号的泊桑比是一定数，弹性材料的μ值一般在1/3～1/4之间。 μ称为泊桑比，同一 E 和G 是弹簧设计时两个重要技术参数（拉压螺旋弹簧的轴向载荷力P=，扭转螺 旋弹簧的刚度P=）。冷拉碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的E 和G 值如表1。 冷拉过程中钢丝屈服极限和抗拉强度同时上升，但屈服极限上升幅度远大于抗拉强度，碳素和不锈弹簧钢丝的屈服比高达90%以上。合金弹簧钢丝淬火回火后的屈服比也达到80～90%。 2.4 疲劳寿命和疲劳极限 弹性元件在交变载荷作用下，经若干次动作产生裂纹叫疲劳断裂。弹性元件断裂时完成动作次数多，叫疲劳寿命好，反之叫疲劳寿命差。 实际上弹性元件疲劳寿命与载荷的大小、方向、随时间变化规律有很大关系。在载荷大、振幅大条件下，弹性元件断裂的循环次数就降低，工程中用疲劳极限来衡量弹簧钢丝的疲劳 7 性能好坏，一般将经10次循环动作，不产生断裂时的最大负载应力叫疲劳极限。 弹簧钢丝的疲劳极限与钢丝的屈服极限成正比，要提高疲劳极限就应设法提高钢丝屈服强度，或提高屈强比。 介绍几个预测疲劳寿命的经验公式： σ-1=0.47Rm σ-1p =0.32Rm τ-1=0.22Rm 式中：σ-1 反复弯曲疲劳极限 σ-1p 反复拉压疲劳极限 τ-1 反复扭转疲劳极限 疲劳断裂往往先从钢丝表面形成，并向内部传播，表面质量非常重要。钢丝表面裂纹、划伤、边刺、斑疤、麻点、锈蚀坑和锈蚀皮都会造成钢丝疲劳极限下降。 提高表面光洁度和采用工艺措施提高钢丝表面强度是提高疲劳极限的有效方法。因此对疲劳寿命要求高的用户，应推荐选用磨光钢丝。弹簧厂对弹簧表面进行渗氮处理、喷丸处理和压光处理，目的是通过提高表面强度来提高疲劳极限。 钢丝表面脱碳造成表面强度降低，很薄的脱碳层也会导致疲劳极限的急剧下降。碳素弹簧钢丝采用连续炉热处理，在炉时间为数分钟，产生脱碳的可能性很小。合金弹簧采用周期炉热处理，在炉时间以小时计算，防止脱碳是工艺控制的重点。 2.5 蠕变和松弛 在弹簧的两端施加一定的拉应力（低于弹性极限），弹簧产生一定的伸长，但随着时间加长，伸长量缓慢增加，叫做蠕变。钢丝蠕变往往经历从缓慢变化到加速变化，直至断裂的过程。钢丝蠕变在常温下不明显，但随温度升高而加速。工程上用弹簧在一定温度，持续一段时间，产生一定量变形所施加的应力来定义蠕变极限。如 /10000=A表示弹簧在温度 200，持续一小时，产生0.002%形变，需施加A （MPa ）的应力。 使弹簧产生一定量的变形，就产生一定量的应力，但随着时间的持续，应力逐渐减小，叫做应力松弛。例如用螺栓压紧个零件，需转动螺帽使螺栓拉长，产生一定的弹性变形，形成相应的压应力。在较高温度下，经过一段时间后，虽然螺栓位置不变，但压应力逐渐减小，就叫应力松弛。松弛是随时间持续部分弹性变形转化为塑性变形造成的。 松弛有几种表示方法： 松弛率：经过一段时间，应力减小值与原始应力之比，即（R o -R n /Ro ）×100%。 5 残余应力：一般指10小时后的残余应力R r ，R r 越高说明材料抗松弛性能越好。 蠕变和松弛都是衡量弹簧稳定性的指标，共同特点是随温度升高、时间加长，表现的越加明显。 影响蠕变性能的因素有：钢中气体和夹杂物含量：含量低蠕变小。晶粒度：粗晶粒度钢有较高的抗蠕变能力。合金元素的固溶强化作用：采用少量多元合金可提高抗蠕变性能。第二相弥散析出可提高抗蠕变性能。 松弛是弹性滞后的一种反映。主要取决于钢的化学成分和组织结构。 2.6 弹性减退 弹性减退(简称弹减性) 是指室温下，弹性材料在交变动载荷或静载荷作用下，发生塑性变形的一种力学现象。弹减性与蠕变和松驰的差别在于：蠕变是指在恒定应力作用下，应变缓慢增加；松弛是指恒应变条件下的应力自发下降；弹减性是指交变载荷下的应力减退。因此可以说，蠕变和松驰是特定条件下的弹性减退，三者反映出材料的同一本质特性。大多数弹簧工作时应力和应变均发生变化，因此弹性减退是弹簧使用过程中最常见现象。 评定弹性减退的实验方法有两类：成品弹簧直接评定和试样间接评定。以螺旋弹簧为例，检测弹减性的步骤为：先施加载荷P ，将弹簧压至最低高度H min （约为弹簧自由高度H 0的1/4）后卸载，测得自由高度H 1；将弹簧压缩到某一规定高度H 2（约为H 0的2/3），记下所需载荷P 1；卸掉弹簧载荷P 1后，再重新加载荷，将弹簧压缩至最低高度H min ，保持较长时间，如72h 或更长时间（根据材料的弹减抗力、弹簧参数及H min 等因素确定）；卸载后测定此时弹簧的自由高度H 3；最后再将弹簧压缩至规定高度H 2，记下所需载荷P 2；计算出弹簧自由高度的损失ΔH 和承载能力降低值ΔP ： ΔH=H1-H 3 ΔP=P1-P 2 根据ΔH 和ΔP 的大小判定弹性材料的弹减抗力，ΔH 和ΔP 越小，弹减抗力越大。此外，成品弹簧弹减性检测方法还有：动态松驰试验法和螺旋弹簧剪切试验法等。试样间接评定基本采用金属拉伸试样，检测方法有：拉伸松驰试验法、鲍辛格（Baushinger ）扭转试验法、鲍辛格拉、压试验法和扭转蠕变试验法。一般说来，弹簧实物检测接近使用实际，检测结果直观、实用，但不同形状弹簧检测结果没有可比性。试样检测结果一般为一组数据或曲线图，能反映出材料的弹减性、有可比性，但检测步骤复杂、周期长、需要配置专用的检测设备。 2.7 弹性的时间效应 除蠕变、松弛和弹性减退性能外，反映弹性时间效应的技术指标有： (1)弹性滞后 弹性材料在弹性变形范围内，反复加载和卸载，应变总是落后于应力变化，叫弹性 滞后。对于仪表用弹性元件（如张力丝、膜盒），弹性滞后可能导致仪表给出不同的读数，所以要求弹性滞后越小越好。 (2)弹性后效 弹性元件加载荷后产生应变εe (见图1) ，载荷持续一段时间后应变量增加εt ，则弹性后效为H i 。 Hi =εt /（εe +εt ） 加载时的Hi 为正弹性后效，卸载时Hi 为反弹性后效。测量弹性后效时，以加载和卸载10分钟时测量结果进行计算。碳素弹簧钢的弹性后效值高达30%，弹性合金3J53弹性后效值可低到0.05%。 2.8 弹性的能量效应 弹性元件周期振动时，应变滞后于应力，使应力、应变曲线) 。滞后环所包围的面积等于振动一周消耗的能量，这些能量转化为热量散失，这种现象称为内耗或 -1 阻尼，用Q 表示。它的倒数称为机械品质因数，用Q 表示。在实际应用中，对金属材料的内耗特性有不同要求，用于减 震的弹簧，要求材料有尽量能大的内耗值，以尽快减少共振时的应力幅度。用于滤波器中振子和音叉振荡器的弹性元件，要内耗越小越好，即机械品质因素越大越好。金属材料内耗主要取决于化学成分及组织结构，但冷加工使内耗增加，退火使内耗降低。 图1单 向循环载荷的弹性滞后环 βE = βG = -6 式中：βE —弹性模量温度系数，10×/ -6 βG —切变弹性模量温度系数，×10/ t1、t 2—温度， 。 金属和合金的弹性模量温度系数与线膨胀系数( ) 一样，是与原子间距变化密切相关 的物理量，两者之间的比值是一个常数，即。一般金属和合金（部分铁磁性合金除 外）的m 大约在(40～42) ×10左右，所以在温度变化范围不太大时，可以按 -3 值近似地估 算出βE 的值。因为G=，是随着温度升高而增加的，βG 值一般小于βE 值。 (3) 频率温度系数 用弹性材料制作的一些弹性元件，如滤波振子和音叉等，工作时要用到频率温度系数这项性能，频率温度系数是衡量材料的共振频率随温度变化状况的物理量，常用弹性材料的共振频率与弹性模量之间有如下关系： 来表示。 E= 式中：E —弹性模量 —共振频率 —弹性试样长度 —弹性试样直径 —常数 由上式可以导出频率温度系数与弹性模量温度系数之间的关系： 弯曲振动时的频率温度系数： 扭振动时的频率温度系数： 式中：—线)铁磁性金属和合金的弹性反常变化 一般金属和合金的弹性模量和共振频率是随温度上升而降低的(βE ＜0＝，而纯镍和部分Fe-Ni ，Fe-Cr-Co 合金在室温附近的弹性模量变化很小(βE ≈0) ，甚至增大(βE ＞0) ，这种现象被称为弹性反常变化。弹性反常变化原因是：在一定的温度范围内，材料内部组织结构发生了额外的尺寸或体积变化，如相变、有序无序转变和铁磁性能变化等。恒弹性合金正是利用铁磁合金弹性反常变化规律研制出来的一类弹性材料。 2.10 弹簧钢丝工艺性能指标 弹簧绕制过程中钢丝承受弯曲、扭转和缠绕三种力，与此对应成品钢丝需进行弯曲、扭转和缠绕三项试验。 (1）弯曲试验 弯曲试验方法有了两种：单次弯曲和反复弯曲。 单次弯曲适用于直径较大的钢丝（Φ6.0mm），试样沿r=10mm的圆弧向不同方向弯曲o 90，钢丝不得有裂纹和折断。 o 反复弯曲试验是将试样一端夹紧，沿着规定半径的圆柱形表面弯曲90，然后向相反方向反复弯曲，直至断裂，记下反复弯曲次数（Nb ）。钢丝弯曲次数和弯曲半径（圆柱半径） = 式中：A b —弯曲伸长率 d —钢丝直径 检验标准中的弯曲圆柱的半径是按钢丝外层表面弯曲伸长率不超过20%确定的，每一组距钢丝对应一定的圆柱半径。在同一组距中，直径最细的钢丝弯曲伸长率最小(Ab =12%～15%)，弯曲次数最高。随着钢丝直径加大，钢丝弯曲伸长率加大(max20%),弯曲次数均匀下降，一直过渡到下一个较大弯曲圆柱半径为止。同一规格钢丝在不同弯曲半径条件下弯曲次数可以用经验公式来换算： 式中：r 1 、r 2—弯曲半径 Nb1 、Nb 2—弯曲次数 从公式可以看出，弯曲半径对弯曲次数有决定性的影响，实际检验过程中因弯曲圆柱面不均匀磨损，弯曲半径又很难检定，同一组钢丝在不同部门，不同弯曲机上的检测结果往往有很大误差，所以碳素弹簧钢丝国家标准(GB4357-84)中早己取消了该项检验。 碳素弹簧钢丝弯曲值随抗拉强度提高而增加，而矫直和消除应力退火导致弯曲值下降。 (2)扭转试验 扭转性能是冷拉碳素弹簧钢丝的一项重要的考核指标。扭转试验实质是：沿中心旋转钢丝，使钢丝截面从里到外产生不均匀变形，离中心越远处承受的扭矩越大，当变形应力累加到超过承受能力时，钢丝断裂。如果钢丝截面组织、成分均匀，无缺陷，扭转断口平齐，垂直或近似垂直于轴线；如果截面组织、成分不均匀，有明显缺陷，扭转断口呈不规则的层状或撕裂状。根据扭转变形特征可以看出，扭转次数与钢丝直径密切相关，大规格钢丝截面扭 矩差别大，不均匀变形更强烈，能承受的扭转次数偏低；小规格钢丝能承受的扭转次数明显偏高。 通过分析还可以看出：扭转试验主要考核钢丝表面质量和内部应力分布状态。钢丝表面裂纹、边刺、斑疤和折叠会导致扭转次数大幅度下降。内部应力分布不均或钢丝拉拔时冷却不当、润滑不良、模具不好导致钢丝温升过高，产生时效应变都会使扭转性能显著降低。从工艺操作角度分析，增加拉拔道次、小减面率（10%）改修都能改变钢丝内部应力分布状态，提高扭转次数。从组织结构角度分析，加大晶粒度或提高索氏体片的厚度可以提高扭转值，实际操作就是降低铅浴处理的收线速度、提高炉温和铅温。 钢丝的扭转次数可以用以下公式预测： N t =× ×e

　　/2 ×（

　　-

　　Fe C ） 3 2 式中：N t ——扭转次数预测值； L ——扭转试样长度（mm ）； d ——钢丝直径（mm ）；

　　——变形指数（

　　=2×ln ）； 说明：Φ≤4.0mm 钢丝在2d 芯棒上缠绕两圈无裂纹或折断。 Φ＞4.0mm 钢丝进行弯曲试验，试样沿R=10mm圆弧向不同方向弯曲90， 弯曲处不得有裂纹或折断。 o 说明: Φ≤4.0mm 的D 级钢丝和Φ≤6.0mm 的B 级、C 级钢丝在等于钢丝直径的芯棒上缠绕2圈、 缠绕后的试样表面不得产生裂纹和断裂。 Φ＞4.0mm 的D 级钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕2圈，缠绕后的试样表面不得产生裂纹 和断裂。 Φ＞6.00mm 的钢丝应进行弯曲检验，试样沿R=10mm圆弧向不同方向弯曲90，弯曲后不得 0 4.1.3 GB/T4358-1995《重要用途碳素弹簧钢丝》 按该标准供货的钢丝，主要用于制作在各种应力状态下工作的动态弹簧。根据弹簧工作应力状态，钢丝分三个组别供货：E 组适用于中等应力动态弹簧，F 组适用于高应力动态弹簧，G 组适用于高疲劳寿命的动态弹簧。成品钢丝考核抗拉强度，扭转，缠绕，弯曲和脱碳五项性能指标，详见表11。 由于按该标准供货的钢丝用于制作中、高应力状态下工作的动态弹簧，成品钢丝除保持高的弹性极限和良好的韧性指标外，还必须考虑到疲劳极限和弹簧的疲劳寿命。为此，对钢的纯净度，非金属夹杂含量和气体含量，铁素体含量及表面脱碳程度有更高的要求。钢丝用盘条必须采用电炉+炉外精炼法冶炼，对盘条的化学成分有更高的要求：P ≤0.025%、S ≤0.020%，Cr ≤0.10%、Ni ≤0.15%（0.12%）、Cu ≤0.20%。实际生产中为提高疲劳寿命往往将Mn 控制在高限，E 组选用70或70Mn （72B ），F 组选用T8MnA 或T9XEA ，G 组选用65Mn 说明：Φ＜4.0mm 的钢丝在等于钢丝直径的芯棒上、Φ≥4.0mm 钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕5圈， 缠绕后的试样表面不得有裂纹或折断。 Φ＞1.0mm 钢丝进行弯曲试验，试样沿R 圆弧向不同方向弯曲900，弯曲处不得有裂纹或折 断， Φ≤4.0mm ，R=5mm；Φ＞4.0mm ，R=10mm。 说明：每盘钢丝两端抗拉强度差不得大于100Mpa 。 钢丝扭转时，在规定扭转次数以内不得有肉眼可见的裂纹和分层。 说明：扭转试样变形应均匀，表面不允许有裂纹和分层，断口应垂直于轴线mm 钢丝，在与钢丝直径相等的芯棒上缠绕8圈；直径≥4.0～6.0mm 的钢丝，在直径为2d 的芯棒上缠绕8圈；缠绕后的试样表面不得有裂纹和断裂。 钢丝脱碳层深度不得大于1.0%d。 航空用碳素弹簧钢丝标准与现行GB/T4357和GB/T4358标准相比，更注重各规格钢丝的强韧性结合，在保证韧性的基础上，使钢丝抗拉强度处于尽可能高的水平上。组钢丝相当于D 级和F 组钢丝，钢丝直径≤1.4mm 时，其抗拉强度和扭转次数要远高于D 级和F 组钢丝；钢丝直径在1.6～4.0mm 范围内，其抗拉强度与D 级和F 组相当，但扭转次数高于D 级和F 组钢丝；钢丝直径在＞4.0mm 时，其抗拉强度与F 组相当，但低于D 级钢丝。组钢丝相当于C 级和E 组钢丝，但其韧性（扭转次数）指标高于C 级和E 组钢丝，三者抗拉强度差别与组钢丝相似，但差距较小。 航空用碳素弹簧钢丝基本用于制作高应力静态弹簧，因为用于航空航天工业，对强韧性要求比较高，对生产钢丝用钢和热轧盘条的要求基本与GB/T4358相同：钢的纯净度要高，非金属夹杂含量和气体含量要低，钢必须采用电炉+炉外精炼法冶炼。对盘条的化学成分有更高的要求：P ≤0.025%、S ≤0.020%，Cr ≤0.10%、Ni ≤0.15%（0.12%）、Cu ≤0.20%，盘条脱碳层深度不应大于1%d。为提高钢丝强韧性，推荐经两次铅浴处理再出成品，成品钢丝中不应有铁素体组织。铅浴处理时宜采用高炉温、高铅温的生产工艺。成品拉拔时可适当增加拉拔道次，组钢丝平均道次减面率不宜超过16%，组钢丝平均道次减面率不宜超过17%。 4.1.6 GB/T18983-2003《油淬火-回火弹簧钢丝》 油淬火-回火碳素弹簧钢丝原有YB/T5103-93《油淬火-回火碳素弹簧钢丝》和 YB/T5102-93《阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝》两个行业标准，分到用于制作静态簧和动态簧，2003年将这两个标准並入GB/T18983-2003《油淬火-回火弹簧钢丝》中。 说明：直径＞1.0mm 钢丝检验断面收缩率。 同一盘或同一轴钢丝抗拉强度允许波动范围为： VD 级钢丝不应超过50MPa ； TD 级钢丝不应超过60MPa ； FD 级钢丝不应超过70MPa ； 直径＜3.0mm 钢丝应进行缠绕试验，在与钢丝直径相等的芯棒上缠绕4圈，缠绕后的试样表面不得有裂纹和断裂。 直径＞6.0mm 钢丝应进行弯曲试验，钢丝沿直径等于2d 的圆弧弯曲90°，表面不得有裂 纹。 直径0.70～6.0mm 钢丝应进行单向扭转试验，扭转次数应大于3次，扭转断口应平齐。 直径大于5.0mm 的直条和磨光钢丝，性能允许有10%的波动。 说明：1. 静态级钢丝适用于一般用途弹簧，以FD 表示。 2.中疲劳级钢丝适用于离合器弹簧，悬架弹簧等，以TD 表示。 说明：直径＞1.0mm 钢丝检验断面收缩率。 同一盘或同一轴钢丝抗拉强度允许波动范围为： FD 级钢丝不应超过70MPa ； TD 级钢丝不应超过60MPa 。 直径＜3.0mm 钢丝应进行缠绕试验，在与钢丝直径相等的芯棒上缠绕4圈，缠绕后的试样表面不得有裂纹和断裂。 直径＞6.0mm 钢丝应进行弯曲试验，钢丝沿直径等于2d 的圆弧弯曲90°，表面不得有裂纹。 直径0.70～6.0mm 钢丝应进行单向扭转试验，扭转次数应大于3次，扭转断口应平齐。 说明：直径＞1.0mm 钢丝检验断面收缩率。 同一盘或同一轴钢丝抗拉强度允许波动范围为： VD 级钢丝不应超过60MPa 。 直径＜3.0mm 钢丝应进行缠绕试验，在与钢丝直径相等的芯棒上缠绕4圈， 缠绕后的试样表面不得有裂纹和断裂。 直径＞6.0mm 钢丝应进行弯曲试验，钢丝沿直径等于2d 的圆弧弯曲90°， 表面不得有裂纹。 直径0.70～6.0mm 钢丝应进行单向扭转试验，扭转次数应大于3次，扭转断口 应平齐。 VD 级钢丝可进行双向扭转试验，试验结果应符合表27要求。 受检验面积1000mm 2。 目前冶金厂降低合金弹簧钢夹杂物的含量的措施除传统的强化冶炼、炉外精炼、真空处 理外，普遍采用合成渣系和铁合金配合，对夹杂物进行变性处理，使高熔点的点状不变形D 类夹杂转化为熔点较低的C 类塑性或半塑性夹杂，改善合金弹簧的疲劳寿命。 （2）表面缺陷对疲劳寿命的影响 弹簧在交变载荷作用下，表面承受的应力和应变最大，表面微小缺陷，如运输的擦伤、粗糙的磨痕、甚至连打标记的印痕都能引起应力集中，演变成疲劳源。钢丝的抗拉强度越高，表面缺陷导致疲劳破坏的几率越大。从图3可以看出，随着钢丝抗拉强度的增加，表面加工精度对钢丝疲劳极限的影响越显著。所以弹簧钢丝表面质量要求很严，表面不允许有裂纹、折叠、起刺、班疤等有害缺陷。钢丝表面脱碳会造成表面硬度下降，而弹簧钢丝的疲劳极限与硬度成正比，所以脱碳也是降低疲劳寿命的重要因素，必须严格控制。 同理氮化、渗碳或碳氮共渗等表面处理可以提高钢丝表面硬度， 图3 表面缺陷对钢丝疲劳极限的影响 都是提高弹簧疲劳极限的手段。喷丸处理可以消除钢丝表面一些缺陷，改善钢丝表面应力分布状态，使表层产生一定的强化效应，也是提高疲劳寿命的有效措施。 5.2 弹簧钢丝的弹减性 弹性减退是弹簧在弹性范围内的一种微塑性变形，是弹簧失效的最常见的表现形式。长期以来，人们对材料的弹减性重视不够，研究较少，某些重要用途弹簧，如汽车悬挂簧，发动机气门簧，压缩机支撑簧，纺织机摇架簧等弹簧的弹性减退问题一直未能得到根本解决， 抗力下降，数值越大效应越显著。 碳是弹簧钢中必不可少的元素，它以间隙固溶体的形式溶解在钢中，有效地强化铁素体，同时形成大量碳化物，产生沉淀硬化作用，提高钢的抗拉强度、疲劳极限、显著地提高弹簧钢的弹减抗力。但考虑到钢的综合性能，碳素弹簧钢的碳含量不超过0.95%，合金弹簧钢的碳含量不超过0.80%。许多研究还证明，低碳钢只要热处理工艺得当，也能获得很高的弹减抗力，如具有低碳回火马氏体组织的SiMnVB 钢，比具有回火屈氏体组织的中碳钢有更好的抗弹减性能。 硅是弹簧钢中常用的合金元素，也是除碳外对弹减性能影响最大的元素。硅是铁素体强化元素，能降低碳在铁素体中的扩散速度、抑制渗碳体在回火过程中形核和长大、细化渗碳体的粒度、缩小渗碳体的间距，从而改善钢的弹减抗力。对弹簧钢中硅的含量，尽管观点不完全相同，但普遍认为1.5%是最佳含量，1.5~2.0%作用减弱，超过2.2%基本不起作用。 钒和铌是强碳化物形成元素，在钢中形成细小、坚硬的MC 型碳化物，阻止晶粒长大。相对比较，钒在钢中溶解度较大，淬火回火时还能产生沉淀强化效果，铌单独使用时不产生沉淀强化效应，但钒和铌混合使用，可缩短两者完全溶入奥氏体中的时间，增强沉淀硬化效应，所以常用适量的钒和铌来改善合金弹簧钢的弹减性能。 在含硅弹簧中添加0.35~0.70%的铬，可以减缓钢的脱碳趋势，抑制石墨碳析出，同时还能提高钢的淬透性。但弹簧钢中的铬大部分溶于碳化物中，实际上不起固溶强化作用，对改善弹减性作用不大。 一般认为：钼有改善弹簧钢弹减抗力作用，当钢中钼含量≤0.4%时，随着Mo 含量增加，钢的屈强比增加，特别是工作温度高达200~300时，钼对弹减抗力的改善作用要大于硅和钒，仅加0.2%的钼，弹减抗力可提高一倍。 硼不仅可以提高钢的淬透性，对改善钢的弹减性也非常有效。据分析硼以间隙固溶解形式溶于奥氏体和铁素体中，固溶强化作用较强，又特别易集中在位错线附近，对位错具有很强的“钉扎”作用，使位错滑移困难，抑制形变过程。与微量硼就可以显著提高钢的淬透性一样，单位重量的硼，改善弹减性能力是碳的50倍，硅的400倍，见表31。 严重氧化及晶粒粗化现象。所以说感应加热能使含钒和铌的弹簧钢充分发挥优势。 (3)强压处理 强压处理包括热强压、冷强压、工频电强压、脉冲电强压及电脉冲磁场热强压等。强压处理的操作步骤如下：将弹簧压缩到指定载荷P 0所对应的高度H 0，加入固定。P 0通常超过弹簧的弹性极限。将强压的弹簧及固定装置一起放入恒温箱中，在规定温度t p 下保持一段时间。取出弹簧，冷至室温后卸载。 强压处理的要点是：施加的应力超过钢丝的弹性极限，使钢丝表层产生塑性形变，而芯部只产生弹性变形。表层塑性变形造成大量位错在滑移面堆积，纤维胞状亚结构细化，胞壁变厚，胞内密度加大等，提高了表层的组织结构和性能的稳定性，有效地改善了弹簧的弹减性能。同时强压提高了表层硬度和弹性极限，并使表层残余应力和工作应力相反，应力集中区转移到表层以下，有利于疲劳寿命是提高。热强压比冷强压效果更好，因为温度和压力的双重作用加速了晶粒内空位的扩散和位错的攀移，促进了回复和动态回复，降低了应力不均匀分布，铁素体晶粒亚结构也进一步细化。以用组冷拉碳素弹簧钢丝绕制的纺织机摇架簧为例，未强压处理的弹簧(ΔP/P0) 10,%（10年预期载荷损失率）为9.2；磁场低温处理，末强压弹簧(ΔP/P0) 10,% 为8.6；冷强压弹簧(ΔP/P0) 10,% 为5.04；热强压弹簧(ΔP/P0) 10,% 为 3.34；脉冲磁场中温强压弹簧(ΔP/P0) 10,% 为1.51；脉冲电强压弹簧(ΔP/P0) 10,% 为0.52。从以上数据可以看出：未强压处理和经不同强压工艺处理的弹簧的弹减性最大相差17倍。在200左右进行热强压处理，使弹簧先有一定的塑性变形（预调整），可有效地改善以后的弹性减退，是弹簧厂常用的提高弹减抗力的有效工艺措施。强压处理的缺点是弹簧的自由高度控制不准，簧体易发生扭曲，应采取相应预防措施。 5.3延迟断裂 延迟断裂是指高强度弹簧在低于屈服极限的应力作用下，经过一段时间后突然发生的脆断。延迟断裂是高强度弹簧使用过程中较常见的一种缺陷，近期研究表明延迟断裂主要发生在回火马氏体钢中，产生延迟断裂条件有：使用应力≥1200MPa ，也就是说产生延迟断裂的门坎值是1200MPa ；断裂产生于拉应力最大处，压应力一般不会产生延迟断裂；350℃左右低温回火，往往导致弹簧的延迟断裂敏感性增大； 延迟断裂多产生于原始奥氏体晶界处， P、S 及其化合物在晶界的析出、碳化物在晶界的析出和集聚、氢在晶界的聚集都会增大弹簧延迟断裂的敏感性。 5.3.1延迟断裂实例 以60Si2MnA 弹簧的断裂为例来分析延迟断裂的断口形貌和产生原因：用υ4mm 钢丝绕制的螺旋弹簧，为提高耐蚀性能，成形后进行镀锌处理。弹簧原高85m必威官方网站 必威网址m ，服役时处于强压状态 ，弹簧压缩24mm ，同时扭转135°，工作应力为1500Mpa ，动作后弹力释放 ，弹簧恢复自由状态。弹簧制作流程为：弹簧成形→淬火＋回火→ 酸洗→镀锌（电化学镀）→ 脱H 处理（烘烤）→强压试验→装机。装机7个月后进行例行检查，发现部分弹簧断裂。 在扫描电镜下观察失效弹簧的断口形貌，然后将断口磨平，在光学显微下镜观察断口附近的显微组织。在断裂的弹簧上取样，用光谱分析仪对弹簧的化学元素进行全分析，用气体分析仪对弹簧以及原材料中的气体H 、O 含量进行检验。弹簧的失效断口和组织的扫描电镜照片如图4、图5和图6 。 图4 弹簧断口的宏观形貌 图5 弹簧断口的显微形貌 图6 弹簧断口的高倍显微形貌 从图4可以看出，弹簧断裂起源于螺旋弹簧的外侧（照片左侧），因为弹簧扭转受力，内侧受压应力，外侧受拉应力。裂纹起始和缓慢扩展于粒状断口区，颜色稍灰暗，然后是放射区，周围有剪切唇，这是典型的氢脆断口形貌。从图5和图6（断口形貌放大图）可以看出，断口为光滑平整的冰糖状和纤维状的混合断口。裂纹主要分布在晶界处，形成沿晶断裂。 的延迟断裂造成钢的力学性能变化是迥然不同的，氢脆钢抗拉强度变化不大，但塑性急剧下降，集中体现在断面收缩率指标的大幅度降低上；延迟断裂集中体现在钢的抗拉强度下降上。 (7)除固溶态的氢原子外，钢中氢以氢分子、氢化物和气团三种形态存在。钢凝固或冷却过程中析出的氢以分子态分布在钢中，称为白点；氢化物指氢与钢中组元形成的固态化合物TiH 和气态化合物CH 4(Fe3C+2H2=3Fe+CH4↑) 等；气团指原子氢在金属及合金中的晶界和相界形成的类似化合物的形态，如间隙原子氢偏聚在某些晶界上形成的片状“氢原子气团”，氢原子气团与钢中常见的片状碳原子富集区相似，结构相当稳定，可以看成广义的相。分子氢、气态氢化物和气团的扩散和聚集是造成钢材氢脆和延迟断裂的根源。而固态氢化物，如TiH ，因为形成TiH 是放热反应，随温度下降，氢在钛中的溶解度加大，钢中分布均匀钛的起到固定氢的作用，对减轻氢脆和防止延迟断裂是有利的，钒、钽(Ta)和稀土元素有与Ti 类似的作用。 5.3.3防止延迟断裂的途径 从延迟断裂的机理分析可以看出，防止延迟断裂应从以下几个方面着手： (1)降低弹簧内部氢含量 以气态存在于钢中的氢是引发延迟断裂的罪魁祸首，防止延迟断裂首先要降低钢中氢含量。因为氢原子直径小，很容易渗入钢中，控制弹簧内部氢含量涉及钢材生产、弹簧制作和使用维护的全过程。 钢材降氢的工艺措施包括：炼钢原辅材料的充分烘烤、炉外精炼、真空脱气处理；钢坯缓冷、扩氢退火；钢丝酸洗选用适当的缓蚀剂，酸洗后涂层前的烘烤等。只要工艺措施得当，电炉钢氢含量一般均可达到3ppm 以下, 电炉+LF+VD（或电炉+LF+RH）钢的氢含量可达到1.5ppm 以下。 弹簧制作过程渗氢主要发生在淬回火后的酸洗和镀层工序，一般主张弹簧淬回火后先进行酸洗和去氢处理（200～250不少于4h 的烘烤），然后再进行电镀。为提高耐腐蚀性能，弹簧常用镀层有电镀锌和电镀镉两种。电镀锌加工方便，成本低；锌层在干燥空气中较稳定，不易变色，有一定的耐蚀性能；锌为阳极镀层，在强腐蚀环境中优先腐蚀，对弹簧起良好的保护作用；但电镀锌时产生的大量氢极易渗入弹簧基体中，镀锌后的弹簧必须进行去氢处理。由于表面有锌层保护，一般烘烤很难达到去氢效果，要将氢含量拿到3ppm 以下，推荐采用真空烘烤法去氢。镉镀层附着力比锌强，特别是在海洋性气氛，或与海水接触的环境中，镉镀层仍有良好的耐蚀性能，表面也比锌层更光亮、更美观，航空、航海和电子工业用弹簧和紧固件多选用电镀镉保护层。尽管电镀镉时渗氢作用比镀锌弱，若采用致密镀镉工艺，需要长时间(8～20h) 烘烤才能达到去氢效果，因此一般采用疏松镀镉工艺。 (2)改善弹簧组织结构 钢材基体组织结构对延迟断裂的影响仅次于氢含量，从氢在钢中溶解度、扩散速度、形成氢陷阱的密度、深度和填充度角度分析，奥氏体钢抗氢脆能力最强，几乎不产生延迟断裂。铁素体钢在H 2S 、甲酸、乙酸等酸性环境中氢脆倾向比较明显, 但未见有延迟断裂的报道, 可能与铁素体钢抗拉强度偏低, 不能在高应力条件下使用有关。对于高强度弹簧而言，抗延迟断裂能力与显微组织结构密切相关，抗延迟断裂能力从强到弱的组织结构依次为：索氏体、珠光体、下贝氏体、马氏体。马氏体组织内应力大、位错密度高、存在大量显微裂纹（微裂纹条数高达1000～2000n/mm2），非常有利于氢的扩散和聚集，极容易引发延迟断裂。高强度碳素弹簧钢丝具有纤维化的索氏体组织，内应力分布相对均匀，氢脆倾向较弱，抗延迟断裂能力最强。合金弹簧在淬回火状态下使用，作为淬火组织，单一的马氏体组织抗延迟断裂能力最强，马氏体+下贝氏体混合组织次之，上贝氏体或珠光体+马氏体混合组织的抗延迟断裂能力明显减弱，所以60Si2MnA 弹簧淬火时必要保证淬透，获得单一的马氏体组织，不得有上贝氏体和珠光体组织。 淬火后的弹簧尽管强度和硬度均很高，但弹性极限急剧下降，塑性和韧性严重不足，必须通过回火来提高弹性极限，获得足够的塑性和韧性。以60Si2MnA 弹簧为例，油淬火后弹簧内部存在很大的内应力，如不及时回火可使内部微裂扩展为宏观裂纹，此时再回火也无济于事了。据检测，淬火后弹簧显微裂纹每平方毫米高达1500～2000余条，经200左右回火，显微裂纹数可以降到每平方毫米500条左右，再提高回火温度，微裂纹条数无明显变化，直到600以上才开始明显减少。从显微组织结构看，200左右回火获得回火马氏体组织，弹簧体积缩小，显微裂纹数明显减少，氢陷阱的数目也明显减少；回火温度提高到250～350时，弹簧进入第1回火脆性区，碳化物在沿马氏体相界呈薄片状析出，残余奥氏体相对稳定，但冷却时重新转变为马氏体，氢陷阱的数目又增加，弹簧的延迟断裂敏感性反而增强；回火温度提高到250～350时，获得回火屈氏体组织，弹簧的抗延迟断裂性能显著好转；直到回火温度提高到600以上，内应力充分释放，马氏体完全分解为粒状索氏体，弹簧的抗延迟断裂才达到最佳水平。 (3)改善弹簧晶界、相界结构 钢的晶界、相界、亚晶界和位错等区域是晶体缺陷区，当钢从高温冷却下来时，因溶解度的变化，钢中气体、溶质元素和夹杂从固溶体中析出，在晶界处偏聚，相转变和位错往往也是从晶界处开始，因此晶界结构的变化对钢的性能产生决定性的影响。从机理分析可以看出：弹簧的延迟断裂是晶界弱化和氢气聚集综合作用的结果。要防止延迟断裂必须强化晶界，防止磷、硫和低熔点金属在晶界偏聚，常用的办法是添入适量的硼（0.001～0.003%），近期利用B 10同位素裂变原理, 采用射线照相技术证实:铁素体中的硼原子因尺寸关系，优先分布于界面处，降低了界面能，抑制了磷、硫和低熔点金属在晶界的偏聚，强化了晶界，但硼含量超过铁素体固溶度，以硼化物析出时就有害无益了。钼特别容易在位错线附近聚集，阻碍位错移动，抑制了微塑性变形，提高弹簧的抗弹减性能；钼可以降低氢在钢中的扩散速度，大幅度降低钢的吸氢能力，具有减少氢陷阱功能；钼形成的碳化物细小分散，既有细化晶粒提高强度作用，又可以改善钢的回火脆性。所以硼和钼是改善晶界、相界和位错结构，提高弹簧抗延迟断裂的有效元素。 非金属夹杂物与基体的交界处往往成为氢气聚集的陷阱，不同类型、大小和形态的夹杂物对氢脆或抗延迟断裂的影响规律大致如下：在压力加工过程中能够延展性变形的A 类（硫化物）和C 类（硅酸盐）夹杂物危害较大，而B 类（氧化物）在加工过程中破断成点状，D 类点状不变形夹杂物的危害较小，这一规律与夹杂物对疲劳寿命的影响正好相反。实际上在钢中加入适量的铝、钛、钒和铌等元素确实能改善抗延迟断裂性能，以Al 为例，在钢中形成的AlN 质点均匀分布，起到了固定氢的作用，阻止了氢的扩散和聚集，因而提高了钢的抗延迟断裂能力。 (4)消除内应力、控制使用应力 在钢丝生产过程中，弹簧绕制和淬火回火处理过程中，钢材内部必然会产生不同状态的内应力，消除内应力或使内应力均匀分布是改善抗延迟断裂性能的有效途径。对高强度碳素弹簧而言，改善内应力分布措施有：等温淬火（铅浴处理）获得均一的索氏体组织；小减面率多道次拉拔，使成品钢丝截面硬度差降到最低水平；弹簧成形后进行消除应力退火等。对合金弹簧而言，改善内应力分布措施有：分级淬火、及时回火、表面喷丸处理等。 弹簧的延迟断裂敏感性是随着使用应力的增加而增大的，弹簧设计时，在保证弹力的条件下可适当增加钢丝的直径，让使用应力降到门坎值以下，或尽可能低点，也是最有效的防止延迟断裂的方法。 1

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