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概述:弹簧的类型及其应用

2022-01-11

弹簧在各种机器中无处不在,从消费品到重工业设备,只要拆下任何涉及机械装置的东西,都有可能在里面找到弹簧。弹簧是机械能的储存装置——把它们想象成电池!


弹簧的种类及其应用


对弹簧进行分类的最常用方法是根据如何向弹簧施加载荷。您可能熟悉以下内容:


  • 压缩弹簧:设计用于在压缩载荷下工作,见于减震器、弹簧垫、机械铅笔和伸缩笔中。

  • 拉伸弹簧:设计用于承受拉伸载荷。一个典型的例子是Slinky,但它们也存在于行李秤和车库门机构中。

  • 扭转弹簧:设计用于在扭矩(扭转力)下工作;为每个衣夹和捕鼠器供电。




这些类型中的每一种都可以进一步表征。我们可以看看施加在弹簧上的力与其产生的位移之间的关系。同样,有三类弹簧:线性(或恒速)弹簧、变速率弹簧和恒力弹簧。


线性弹簧


线性弹簧遵循胡克定律(F=k*x),这意味着只要力不超过弹簧的弹性极限,将此类弹簧拉伸或压缩x距离所需的力与距离成正比。扭转弹簧遵循类似的胡克定律(F=k*θ,其中θ是一个角度)。在这两种情况下,k都是弹簧速率,无论弹簧的挠度如何,它都保持不变。这就是为什么线性弹簧也称为恒速弹簧。


变速弹簧


另一方面,变速率弹簧在其整个轴向长度上的弹簧率并不相同。弹簧速率可以是渐进式变化,也可以是更突然的变化,请参见下图。




一种常见的变速率弹簧是锥形压缩弹簧,最常见于电池盒中。完全压缩的高度可低至一个钢丝直径。变速率弹簧还具有横向稳定和不易屈曲的额外优点。




恒力弹簧


不言而喻,恒力弹簧需要几乎相同的力,无论延伸多长时间。恒力弹簧也称为时钟弹簧。这种类型的弹簧通常是一种弹簧钢卷绕带,用于平衡应用,如显示器的高度调整,你猜它是时钟。




弹簧制造


弹簧也可以根据其制造方式进行分类。大多数人想到的第一个弹簧可能是金属螺旋弹簧,也称为螺旋弹簧。然而,还有许多其他类型。即使是弹性带也可以被视为变速率弹簧,因为它存储机械能。


螺旋弹簧


轻质螺旋弹簧是通过在CNC卷绕机上成型金属丝制成的。多轴CNC控制允许您创建仅受想象力限制的可变螺距和末端条件。卷取机上的弹簧没有弹性。它们需要加热到高温(通常为500华氏度或更高)以释放压力,然后淬火以创建形状记忆。


相比之下,在制造重型螺旋弹簧时,钢丝在卷前要加热。看看这个视频。


扁弹簧


扁弹簧有各种尺寸和形状:弹簧垫圈、PCB弹簧触点和固定夹都是扁弹簧的例子。基本上是钣金零件,它们可以通过冲压制造。然而,也有盘绕扁弹簧,如时钟弹簧和蜗壳弹簧。它们还需要进行热处理以获得形状记忆。




机加工弹簧


机加工弹簧和模具弹簧用于具有高强度和精度要求的重型应用。顾名思义,机加工弹簧是在CNC车床和铣床上制造的。




模制弹簧


塑料或复合弹簧通常存在于腐蚀性环境中,如食品生产、医疗和海洋应用。由于蠕变,它们只能在间歇循环中使用。与金属弹簧相比,它们相对来说是新进入太空的,供应也不那么充足。

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