弹簧圈
弹簧圈(GDC)
弹簧圈是用于治疗动脉狭窄的医疗器械。弹簧圈1991年Guglielmi等首次报道GDC栓塞治疗颅内动脉瘤。GDC远端为铂金的弹簧圈，与不锈钢导丝相连，可直接送入动脉瘤内。当通入直流电后，弹簧圈吸引带负电荷的血液成分（红细胞、白细胞、血小板等）发生电凝，在动脉瘤内形成血栓，同时弹簧圈与不锈钢导丝相连部分因电解而溶断，弹簧圈解脱留于动脉瘤内。GDC弹簧圈极柔软，在动脉瘤内进退盘旋顺应性好，投放位置不满意可再调整，不易发生载瘤动脉闭塞。
发展
脑动脉瘤血管内栓塞治疗的适应证和栓塞材料密切相关，20世纪80年代多采用可脱性球囊，主要用于栓塞的一些无法手术夹闭的动脉瘤，球囊很难适应动脉瘤不规则的形状，有可能撑破动脉瘤，引起动脉瘤破裂。此后，弹簧圈用于动脉瘤栓塞，但其可靠性差，一旦推出微导管则不能回撤，易发生意外栓塞。近年来，新型可脱弹簧圈的应用，使动脉瘤栓塞治疗有了很大的发展，栓塞指征不断扩大，疗效明显提高。GDC诞生后，由于其优越的性能，被认为是目前栓塞动脉瘤最佳材料。国外有报道90%的颅内动脉瘤可通过栓塞治疗。国内1998年引进该技术，现在颅内动脉瘤的血管内治疗越来越普遍。一般说来，只要患者情况允许，原则上GDC适用于一切插管可到位的囊性动脉瘤。尤其对破裂早期的动脉瘤，因病情重，手术困难者，GDC栓塞更显示出其独特的优势。
治疗步骤
GDC栓塞颅内动脉瘤有两个关键步骤，第一是微导管准确到位并能固定于瘤腔，第二是选择合适型号及大小的微弹簧圈。对于第一步需要完成以下3个方面：（1）由于微导管较软，必须依赖导引导管的有效支撑，因此，为了防止微导管在血管内过度扭曲，应将导引导管插至颅底。（2）根据动脉瘤与载瘤动脉所成角度以及动脉瘤腔中心至载瘤动脉侧壁的距离，将微导管头端塑成不同形状。（3）在微导丝的配合下，将微导管经动脉瘤开口送入瘤腔，微导管末端保持在近瘤颈的1/3～1/2处，较小动脉瘤可放在动脉瘤颈处，这样阻力较小而利于弹簧圈的缠绕。为使栓塞过程顺利进行，选择合适的微弹簧圈至关重要，GDC 栓塞系统有多种微弹簧圈可供选择，常用有GDC-10和GDC-18两种型号，每种型号分为3种规格，即单直径型、双直径型（2-D）和三维型（3-D），其中单直径型与双直径型又分为标准型和柔软型。
宽颈动脉瘤一直是血管内栓塞治疗的难点，如何在满意填塞时防止微弹簧圈突入载瘤动脉是闭塞宽颈动脉瘤的关键，目前采用下列几种栓塞技术：（1）篮筐技术（baskettechnique），首先送入1个或多个三维型微弹簧圈于动脉瘤腔，利用三维型微弹簧圈释放后的空间伸展性，从而在动脉瘤腔内形成一个篮筐，使随后填入的微弹簧圈被筐住而不致突入载瘤动脉，直至完全闭塞动脉瘤，该技术简便、易行，其缺点是有时栓塞后期
弹簧圈仍向外凸。（2）球囊辅助下的重建技术，为防止微弹簧圈突入载瘤动脉，在微导管插入动脉瘤腔后再经导引导管插入不可脱球囊导管至动脉瘤开口处，充盈球囊堵塞动脉瘤开口，然后用第一种方法闭塞动脉瘤，该技术成形较好，缺点是需阻断血流。（3）支架辅助下的重建技术，先释放一个动脉支架覆盖动脉瘤的开口，然后经动脉支架的网孔插入微导管至动脉瘤腔，送入微弹簧圈闭塞动脉瘤，该技术解决了前两种缺点，但是目前专用支架的支撑力不足。本组有2例宽颈动脉瘤采用第一种方法进行栓塞，结果栓塞满意，未出现微弹簧圈突入载瘤动脉。
栓塞并发症的预防及处理：（1）术中动脉瘤破裂：多因微导管及微导丝操作不当或GDC放置时刺破动脉瘤壁引起，如不及时处理可导致致命性后果。一旦发生，应立即中和肝素并减低血压，如果微导管尖端已到位，继续GDC填塞动脉瘤至填实。本组1例术中发生动脉瘤破裂，经上述处理，病情迅速得到控制，头颅CT扫描证实颅内少量出血，术后给予腰穿、扩血管剂等治疗，病人在短期内痊愈出院，无任何神经功能障碍。（2）术中血管痉挛：蛛网膜下腔出血和血管内操作均可诱发血管痉挛，术前使用尼莫同，术中良好的镇痛麻醉，应用高分辨率透视和示踪技术（roadmapping）操作轻柔以及术中使用罂粟碱，可有效防止和解除痉挛。（3）GDC发生移位：每次解脱GDC前，需经引导管造影证实微导管尖端位置及GDC的位置，确保两者位于动脉瘤内。本组1例在解脱最后1枚GDC时，GDC尾端突入载瘤动脉，用Lasso导管将移位的GDC取出，重新放置，无任何不良反应。（4）动脉瘤再通：多为不完全栓塞所致，主要见于巨大或宽颈动脉瘤，因此，栓塞时强调致密填塞，并应长期随访，对动脉瘤再通者可再次栓塞，而达到治愈目的。
治疗资料与方法
一般资料
15例颅内动脉瘤病人共16个动脉瘤，其中男5例，女10例；年龄20～68岁，平均51岁。以蛛网膜下腔出血发病11例，以眼睑下垂、偶发头痛首发4例。术前Hunt-Hess 分级：Ⅰ级3例、Ⅱ级8例、Ⅲ级4例。
影像学资料
全组均行头颅CT检查，11例示蛛网膜下腔出血，4例无异常发现。7例行头颅MRI 检查无异常发现。5例行头颅MRA检查，3例发现动脉瘤。颈内动脉近端动脉瘤5例，颈内动脉远段动脉瘤4例，前交通支动脉瘤4例，基底动脉顶端动脉瘤2例。动脉瘤直径最小5mm，最大31mm。
方法
所有病人在局麻+静脉辅助麻醉下进行栓塞，以Seldinger技术穿刺右（或左）侧股动脉，全身肝素化，先行全脑血管造影，了解动脉瘤大小、形态、位置，并测量瘤颈及瘤体直径。导引导管选用6F Envoy(Cordis公司）或Fas-Guide导管（Boston公司），选用Track-18，Track-10(Boston公司)，Prowler-14，Prowler-10(Cordis公司)等双标记微导管和与之相匹配的微导丝。头端经过塑形的微导管在微导丝配合下置入瘤腔并固定于距瘤颈1/3处，根据瘤体与瘤颈大小，选用相应的GDC微弹簧圈依次填入瘤腔直至动脉瘤不再显影，微弹簧
弹簧设计规范(全)
精心整理 弹簧设计规范 一、弹簧的功能 弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的结构特点，它具有多次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。其主要功能有： ⑴、减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。 ⑵、测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。 ⑶、储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。 计算方法。
三、弹簧使用的材料及其用途 弹簧钢的的主要性能要求是高强度和高屈服极限和疲劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强钢的淬透性和屈强比。 弹簧材料使用最广者是弹簧钢（SUP）。碳素钢用于直径较小的弹簧，工艺多为冷拔成型，如：65#，75#，85#。直径稍大，需用热成型工艺生产的弹簧多采用60Si2Mn，如汽车板簧，铁路车辆的缓冲簧。对于高应力的重要弹簧可采用50CrV,常用于高级轿车板簧，发动机气门弹簧等。其他弹簧钢材料还有：65Mn,50CrMn,30W4Cr2V等。 a、碳钢及合金钢：制造弹簧时，常加矽、锰、铬、钒及钼等金属元素于钢中，以增加弹簧之弹性及疲劳限度，且使其耐冲击。 因此要求弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限，不易松弛。同时要求有较高的冲击韧性，良好的热处理性能等。常见的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢和铜合金。几种主要弹簧材料的使用性能和许用应力见表2。
106 D
弹簧定数不清：kTd=（Ed4）/[3667D×N+389(a1+a2)] 荷重：P=（kTd×φd）/R 弯曲应力：σ=（Ed×φd）/（360D×N） σ=（32P×R）/（πd3）×kb (安全确认)：kb=（4C2–C-1）/[4C(C-1)] 弯曲应力：容许限界以下 4.1、弹簧设计使用的基本公式 4.1.2、有初始张力的拉伸弹簧 +
弹簧设计规范(常用类型)
弹簧设计规范 一、弹簧的功能 弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的结构特点，它具有多次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。其主要功能有： ⑴、减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。 ⑵、测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。 ⑶、储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。 ⑷、控制运动，如控制弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，控制内燃机气缸阀门开启的弹簧等。 二、弹簧的类型、特点和应用 弹簧的分类方法很多，按照所承受的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；按照形状的不同，弹簧可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘形弹簧和板弹簧等；按照使用材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧。各种弹簧的特点、应用见表1。 在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。故本章主要讲述这类弹簧的结构形式、设计理论和计算方法。
三、弹簧使用的材料及其用途 弹簧钢的的主要性能要求是高强度和高屈服极限和疲劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强钢的淬透性和屈强比。 弹簧材料使用最广者是弹簧钢（SUP）。碳素钢用于直径较小的弹簧，工艺多为冷拔成型，如：65#，75#，85#。直径稍大，需用热成型工艺生产的弹簧多采用60Si2Mn，如汽车板簧，铁路车辆的缓冲簧。对于高应力的重要弹簧可采用50CrV,常用于高级轿车板簧，发动机气门弹簧等。其他弹簧钢材料还有：65Mn, 50CrMn, 30W4Cr2V等。 a、碳钢及合金钢：制造弹簧时，常加矽、锰、铬、钒及钼等金属元素于钢中，以增加弹簧之弹性及疲劳限度，且使其耐冲击。 b、大型弹簧多用热作加工，即弹簧材料高温轧成棒，再高温加工成形后，淬火于780度～850度左右之油或水中，再施以400度～500度的温度回火。 c、小型弹簧，先经退火，再用冷作加工，捲成后再经硬化回火，如钢丝、琴钢丝或钢带。 d、琴钢丝是属高炭钢材（0.65～0.95%）制造，杂质少，直径常小于1/4时经过轫化处理后在常温抽成线，其机械性质佳，抗拉强度及轫性大，为优良的螺旋弹簧材料。 e、不锈钢丝用于易受腐蚀处，承受高温可用高速钢及不锈钢。 f、油回火线含碳量0.6～0.7%应含锰，0.6～1.0%常用于螺圈弹簧。 g、板弹簧常用0.9～1.0%之普通钢，其较高级者则使用铬钒钢及矽锰钢。 弹簧常在变载荷和冲击载荷作用下工作，而且要求在受极大应力的情况下，不产生塑性变形，因此要求弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限，不易松弛。同时要求有较高的冲击韧性，良好的热处理性能等。常见的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢和铜合金。几种主要弹簧材料的使用性能和许用应力见表2。
弹簧圈
弹簧圈(GDC) 弹簧圈是用于治疗动脉狭窄的医疗器械。弹簧圈1991年Guglielmi等首次报道GDC栓塞治疗颅内动脉瘤。GDC远端为铂金的弹簧圈，与不锈钢导丝相连，可直接送入动脉瘤内。当通入直流电后，弹簧圈吸引带负电荷的血液成分（红细胞、白细胞、血小板等）发生电凝，在动脉瘤内形成血栓，同时弹簧圈与不锈钢导丝相连部分因电解而溶断，弹簧圈解脱留于动脉瘤内。GDC弹簧圈极柔软，在动脉瘤内进退盘旋顺应性好，投放位置不满意可再调整，不易发生载瘤动脉闭塞。 发展 脑动脉瘤血管内栓塞治疗的适应证和栓塞材料密切相关，20世纪80年代多采用可脱性球囊，主要用于栓塞的一些无法手术夹闭的动脉瘤，球囊很难适应动脉瘤不规则的形状，有可能撑破动脉瘤，引起动脉瘤破裂。此后，弹簧圈用于动脉瘤栓塞，但其可靠性差，一旦推出微导管则不能回撤，易发生意外栓塞。近年来，新型可脱弹簧圈的应用，使动脉瘤栓塞治疗有了很大的发展，栓塞指征不断扩大，疗效明显提高。GDC诞生后，由于其优越的性能，被认为是目前栓塞动脉瘤最佳材料。国外有报道90%的颅内动脉瘤可通过栓塞治疗。国内1998年引进该技术，现在颅内动脉瘤的血管内治疗越来越普遍。一般说来，只要患者情况允许，原则上GDC适用于一切插管可到位的囊性动脉瘤。尤其对破裂早期的动脉瘤，因病情重，手术困难者，GDC栓塞更显示出其独特的优势。 治疗步骤 GDC栓塞颅内动脉瘤有两个关键步骤，第一是微导管准确到位并能固定于瘤腔，第二是选择合适型号及大小的微弹簧圈。对于第一步需要完成以下3个方面：（1）由于微导管较软，必须依赖导引导管的有效支撑，因此，为了防止微导管在血管内过度扭曲，应将导引导管插至颅底。（2）根据动脉瘤与载瘤动脉所成角度以及动脉瘤腔中心至载瘤动脉侧壁的距离，将微导管头端塑成不同形状。（3）在微导丝的配合下，将微导管经动脉瘤开口送入瘤腔，微导管末端保持在近瘤颈的1/3～1/2处，较小动脉瘤可放在动脉瘤颈处，这样阻力较小而利于弹簧圈的缠绕。为使栓塞过程顺利进行，选择合适的微弹簧圈至关重要，GDC 栓塞系统有多种微弹簧圈可供选择，常用有GDC-10和GDC-18两种型号，每种型号分为3种规格，即单直径型、双直径型（2-D）和三维型（3-D），其中单直径型与双直径型又分为标准型和柔软型。 宽颈动脉瘤一直是血管内栓塞治疗的难点，如何在满意填塞时防止微弹簧圈突入载瘤动脉是闭塞宽颈动脉瘤的关键，目前采用下列几种栓塞技术：（1）篮筐技术（baskettechnique），首先送入1个或多个三维型微弹簧圈于动脉瘤腔，利用三维型微弹簧圈释放后的空间伸展性，从而在动脉瘤腔内形成一个篮筐，使随后填入的微弹簧圈被筐住而不致突入载瘤动脉，直至完全闭塞动脉瘤，该技术简便、易行，其缺点是有时栓塞后期
弹簧参数
弹簧参数 ⑴弹簧丝直径d：制造弹簧的钢丝直径。 ⑵弹簧外径D2：弹簧的最大外径。 ⑶弹簧内径D1：弹簧的最小外径。 ⑷弹簧中径D：弹簧的平均直径。它们的计算公式为：D=（D2+D1）÷2=D1+d=D2－d ⑸t：除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距，用t表示。 ⑹有效圈数n：弹簧能保持相同节距的圈数。 ⑺支撑圈数n2：为了使弹簧在工作时受力均匀，保证轴线垂直端面、制造时，常将弹簧两端并紧。并紧的圈数仅起支撑作用，称为支撑圈。一般有1.5T、2T、2.5T，常用的是2T。 ⑻总圈数n1:有效圈数与支撑圈的和。即n1=n+n2. ⑼自由高H0：弹簧在未受外力作用下的高度。由下式计算：H0=nt+(n2-0.5） d=nt+1.5d(n2=2时） ⑽弹簧展开长度L：绕制弹簧时所需钢丝的长度。L≈n1（ЛD2）2+n2（压簧）L=ЛD2n+钩部展开长度（拉簧） ⑾螺旋方向：有左右旋之分，常用右旋，图纸没注明的一般用右旋。 ⑿弹簧旋绕比：中径D与钢丝直径d之比。 符号单位 A——弹簧材料截面面积（mm2）；当量弯曲刚度（N/mm）；系数 a——距形截面材料垂直于弹簧轴线的边长（mm）；系数 B——平板的弯曲刚度（N/mm）；系数 b——高径比；距形截面材料平行于弹簧轴线的边长（mm）；系数 C——螺旋弹簧旋绕比；碟簧直径比；系数
D——弹簧中径（mm） D1——弹簧内径（mm） D2——弹簧外径（mm） d——弹簧材料直径（mm） E——弹簧模量（MPa） F——弹簧的载荷（N） F’——弹簧的刚度 Fj——弹簧的工作极限载荷（N） Fo——圆柱拉伸弹簧的初拉力（N） Fr——弹簧的径向载荷（N） F’r——弹簧的径向刚度（N/mm） Fs——弹簧的试验载荷（N） f——弹簧的变形量（mm） fj——工作极限载荷Fj下的变形量（mm） fr——弹簧的静变形量（mm) fs——试验载荷Fs下弹簧的变形量（mm）；线性静变形量（mm） fo——拉伸弹簧对应于处拉力Fo的假设变形量（mm）；膜片的中心变形量（mm）G——材料的切变模量（MPa） g——重力加速度，g=9800mm/s2 H——弹簧的工作高（长）度（mm） Ho——弹簧的自由高（长）度（mm) Hs——弹簧试验载荷下的高（长）度（mm） h——碟形弹簧的内载锥高度（mm） I——惯性矩（mm4）
弹簧基本知识
一.弹簧的种类与作用: 1.弹簧的种类: 弹簧的种类很多,也有各种分类的方法,但都不具决定性: 1.1依使用材料分类: J.锯齿形弹簧、扣环等 1.1.依构成弹簧的材料所受应力状态分类: A.压缩螺旋弹簧 B.拉张螺旋弹簧 C.扭转螺旋弹簧 D.其它螺旋弹簧 E.迭板弹簧 F.扭杆
G.滑形弹簧 H.薄板弹簧 I.盘簧 J.弹簧垫圈 K.线细工弹簧 L.扣环 M.环形弹簧 2.弹簧的作用: 不过, 2.弹性系数: 对弹簧材料施力,产生单位应变时的应力称为弹性系数,此值为弹簧设计的基体,弹簧材料的弹性系数主要取决于其化学成分,因热处理、冷间加工而稍有变化,使用温度高时会大减少; 3.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、冷间加工、热处理而变化,这些条件因材料的制造方法,弹簧的制造方法而变化;
4.淬火性: 大形弹簧为了提高淬火效果,需要淬火性良好的材料,淬火性取决于材料的化学成分; 5.形状尺寸: 弹簧材料的机械性性质因尺寸而异,得不到特殊尺寸,形状,颇受限制; 6.耐热性: 有的弹簧在某种程度的高温使用,通常弹簧材料的各种机械性性质随着 , 1.琴钢线:(Pianowire) 是用琴钢线材施行韧化处理,藉强力抽线加工,赋予良好的尺寸精度,良好的表面肌肤,高度机械性性质,韧化是将高碳钢线在变态点以上的温度连续加热约500℃的熔铅等中冷却,作成富加工性的组织; A.SWPA——抗拉强度较低 用于重荷重特性的弹簧、耐疲劳 B.SWPB——抗拉强度较高; 抗拉强度因线径而异,线径细,抗拉强度一般较高;
2.硬钢线:(碳钢线)——HardDrawnSteelWire 使用硬钢线材韧化处理后,借冷间抽线加工制造,素材及加工都没有琴钢线那么严格,良质者有时不亚于琴钢线,不过,其不均度通常大于琴钢线,广用于反复次数不多之弹簧,无冲击荷重的弹簧; 2.1SWC60C含碳量较低 2.2SWC80C含碳量较高,应用广泛 3.不锈钢线——Stainlesssteelwire 4. 三 低; 4.3.白铜线Ni18%Zn27%Cu55%的合金,强度大,弹簧特性良好,加工后约在 350℃低温退火; 4.4.铍铜:在铜合金材料中,性能最优良,弹簧弹性好,耐高温; 5.电镀钢线: 视客户需求,其素材有SWC、SWP、SUS 镀锌线镀锡线镀镍线镀金线
弹簧圈数的确定
有效圈数是指弹簧能保持相同节距的圈数。 弹簧有效圈数的计算：总圈数—支撑圈，具体根据结构进行计算。 对于拉伸弹簧，有效圈数n＝总圈数n1，当n>20时圆整为整数圈，当n<20时圆整为半圈。对于压缩弹簧，有效圈数n为总圈数n1减去支撑圈数n2，n2可查表获得。尾数应为1/4、1/2、3/4、或整圈，推荐1/2圈。 建议你查看GB 1973．1－89 《小型圆柱螺旋弹簧技术条件》中华人民共和国机械电子工业部1989－03－02批准1990－01－01实施 小型圆柱螺旋弹簧技术条件 GB 1973．1－89 中华人民共和国机械电子工业部1989－03－02批准1990－01－01实施 1 主题内容与适用范围 木标准规定丁小型圆柱螺旋弹簧的技术要求、试验方法和检验规则。 本标准适用于圆截面圆柱螺旋压缩、拉伸和扭转弹簧(以下简称弹簧)。弹簧材料的截面直径小于0．5 mm。 本标准不适用于特殊性能的弹簧。 2 引用标准 GB 191 包装储运图示标志 GB 1239．5 圆柱螺旋弹簧抽样检查 GB 1805 弹簧术语 GB 2828 逐批检查计数抽样程序及抽样表(适用于连续批的检查) GB 3123 硅青铜线 GB 3124 锡青铜线 GB 3134 铍青铜线 GB 4357 碳素弹簧钢丝 GB 4358 琴钢丝 GB 4459．4 机械制图弹簧画法 GB 4879 防锈包装
GB 6543 瓦楞纸箱 YB(T) 11 弹簧用不锈钢丝 3 技术要求 3．1 产品应符合本标准的要求，并按经规定程序批准的产品图样及技术文件制造。 3．2 极限偏差的等级 弹簧特性与尺寸的极限偏差分为1、2、3三个等级。各项目的等级应根据使用需要分别独立选定，并在图样上注明，未注明的则由制造厂从标准中选定。 3．3 压缩和拉伸弹簧的弹簧特性及其极限偏差 3．3．1 弹簧特性 压缩(或拉伸)弹簧的弹簧特性为指定高度(或长度)的负荷或刚度。 3．3．1．1 在指定高度(或长度)的负荷下，弹簧的变形量应在试验负荷时变形量的20％～80％之间。 试验负荷Ps：测定弹簧特性时在弹簧上允许承载的最大负荷。 试验应力τs：测定弹簧特性时在弹簧上允许承载的最大应力。 3．3．1．2 弹簧刚度在特殊需要时采用，其变形量应在试验负荷下变形量的30％～70％之间。 3．3．1．3 指定高度(或长度)时的负荷和刚度不得同时考核。 3．3．2 弹簧特性的极限偏差 3．3．2．1 指定高度(或长度)时负荷的极限偏差见表1。 3．3．2．2 刚度的极限偏差见表2。 3．4 尺寸及其极限偏差 3．4．1 弹簧外径(或内径) 弹簧的外径和内径不得同时考核，其极限偏差均按表3规定(弹簧的外径为D2，中径为D，内径为D1)。 3．4．2 压缩(或拉伸)弹簧自由高度(或长度)、扭转弹簧扭臂长度的极限偏差按表4规定。
弹簧习题与参考答案
习题与参考答案 一、复习思考题。 1．弹簧有哪些功用？ 2．常用弹簧的类型有哪些？各用在什么场合？ 3．制造弹簧的材料应符合哪些主要要求？常用材料有哪些？ 4．圆柱弹簧的主要参数有哪些？它们对弹簧的强度和变形有什么影响？ 5．弹簧刚度K的物理意义是什么？它与哪些因素有关？ 6．什么是弹簧的特性曲线？它在设计中起什么作用？ 7．设计时，若发现弹簧太软，欲获得较硬的弹簧，应改变哪些设计参数？ 8．圆柱螺旋弹簧在工作时受到哪些载荷作用？在轴向载荷作用下，弹簧圈截面上主要产生什么应力？应力如何分布？受压缩与受拉伸载荷时，应力状态有什么不同？ 9．如何确定圆柱螺旋弹簧的许用剪切应力？用碳素弹簧钢丝制造弹簧时，其许用剪切应力[]τ值应如何确定？ 10．设计弹簧时，为什么通常取弹簧指数C=4~16，弹簧指数C的含义是什么？ 11．今有A、B两个弹簧，弹簧丝材料、直径d及有效圈数n均相同，弹簧中径D2A大于D2B，试分析： 1）当载荷P以同样大小的增量不断增大时，哪个弹簧先坏？ 2）当载荷P相同时，哪个弹簧的变形量大？ 12．圆柱形拉、压螺旋弹簧丝最先损坏的一般是侧还是外侧？为什么？ 13．设计弹簧如遇刚度不足时，改变哪些参数可得刚度较大的弹簧？ 14．怎样的装置可把一个圆柱形压缩弹簧作为拉伸弹簧使用？ 二、选择题 1．在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指。 A、弹簧外径与簧丝直径之比值。 B、弹簧径与簧丝直径之比值。 C、弹簧自由高度与簧丝直径之比值。
D、弹簧中径与簧丝直径之比值。 2．圆柱拉伸（压缩）螺旋弹簧受戴后，簧丝截面上的最大应力是。 A、扭矩T引起的扭切应力τ' σ B、弯矩M引起的弯曲应力 b C、剪力F引起的切应力τ'' D、扭切应力τ'和切应力τ''之和 3．当簧丝直径d一定时，圆柱形螺旋弹簧的旋绕比C如取得太小，则。 A、弹簧尺寸大，结构不紧凑 B、弹簧的刚度太小 C、弹簧卷绕有困难 D、簧丝的长度和重量较大 4．设计圆柱拉伸螺旋弹簧时，簧丝直径d的确定主要依据弹簧的 A、稳定性条件 B、刚度条件 C、强度条件 D、变形条件 三、填空题 1．弹簧在工作时常受载荷或载荷作用。 2．弹簧的材料应具有足够的极限、极限、韧性和良好的性能。3．常用的金属弹簧材料有、和等。 4．圆柱螺旋弹簧的制造工艺过程包括： （1）（2）（拉伸弹簧） （3）（4） 5．弹簧指数C是设计中的重要参数。C值，弹簧刚度小，。C值弹簧刚度大。 四、设计计算题 1．一扭转螺旋弹簧用在760mm的门上（题图）。当门关闭时，手把上加4.5N的推力才能把门打开。当门转到180°后，手把上的力为13.5N。若材料的许用应力[]σ=1100N/mm2，求：1）该弹簧的弹簧丝直径d和平均直径D2；2）所需的初始角变形；3）弹簧的工作圈数。
弹簧力学性能
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= ) 1(2μ+E ，μ称为泊桑比，同一牌 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。 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=348nD Gd ，扭转螺旋弹簧的刚度P=nD Ed 644 ）。冷拉碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的E 和G 值如表1。 表1弹簧钢的E 和G 值 2.2弹性极限和屈服极限 钢丝在弹性范围内承受外力产生一定变形，外力消除钢丝恢复原状，钢丝不产生永久残余变形所能承受的最大应力称为弹性极限。 弹性极限高的钢丝弹力大，根据弹簧使用状态，影响弹力的弹性极限可分为扭转弹性极限（τe ）和拉伸弹性极限（R e ）两种。压缩拉伸螺旋弹簧用到扭转弹性极限，弹簧垫和板弹簧用到拉伸弹性极限。 弹簧一项重要功能是吸收和储存能量，吸收和储存的能量称为变形能。弹簧的变形能与弹性极限的平方成正比（U=2τe 2/2G 或U=2R e 2/2E ），所以说弹性极限对弹簧特性有很大 的影响。 钢丝在拉伸试验中很难精确地测出其弹性极限，一般用屈服极限衡量弹性极限。 屈服极限（R eL ）指钢丝在拉伸过程中开始产生不可恢复的塑性变形时的最小应力。碳素弹簧钢丝屈服点非常不明显，通常取钢丝产生0.2%的残余变形时的应力作为屈服极限（R P0.2）。 钢丝在退火或固溶条件下，弹性极限和屈服极限很接近，经大减面率拉拔后或经淬火后的钢丝，由于内应力作用往往有很高的屈服极限，但弹簧极限却很低。只有经消除应力退火或回火处理后的钢丝弹性极限才接近屈服极限。 弹性极限一般与抗拉强度有一定比例关系。常见弹簧钢的拉伸弹性极限和扭转弹性极限如表2，
弹簧设计计算
弹簧设计计算 弹簧在材料选定后，设计时需要计算出弹簧刚度F、中径D、钢丝直径d、有效圈数ｎ、变形量f。 以下面弹簧设计为例； 1.计算弹簧受力： 假设弹簧端克服１个标准大气压,即推动钢球,则弹簧受力为： F=PA＝1×１0错误!N/mm错误!×πd1错误!/4 其中d1——钢球通道直径 弹簧还须克服钢球下降重力: Ｇ=mρV=ｍ×4ρπR错误!/３ 其中R——钢球半径 弹簧受合力： F合=F+G 考虑制造加工因素,增加1.２倍系数 F′=1.2F合 2.选材料:（一般选用碳素弹簧钢丝６５Mn或琴钢丝) 以6５Mｎ为例,钢丝直径d=１．4mm 3.查表计算许用应力： 查弹簧手册８-10表中Ⅰ类载荷的弹簧考虑(根据阀弹簧受力情况而言) 材料的抗拉强度σb与钢丝直径d有关 查表2-３０(选用D组): σｂ=2150~24５０Ｍｐａ 安全系数Ｋ＝1．１～1.3, 可取Ｋ=1.２, 则σb＝１791.7~２0４１.7
Mpa 因此σb=１７9１.７Ｍｐa(下限值） 查表2-10３,取切变模量Ｇ=78.８×10错误!Ｍpａ 查表8-１0,取许用切应力τs=＝0．5σb＝0.3×1791.7＝53７.51Mｐａ4．选择弹簧旋绕比C: 根据表８-4初步选取C=10 ５.计算钢丝直径：d≥1．6√KFC/[τ] 其中Ｋ——曲度系数,取K＝1.1~1．3 F——弹簧受力 6．计算弹簧中径： Ｄ=Cｄ 7.计算弹簧有效圈数: n＝Ｇd错误!ｆ／8FD错误!则总圈数n总=n＋n1(查表8-6) 8.计算试验载荷: Fs=πd错误!τs／８D ９.自由高度: Ｈ0=nt+1.５ｄ 其中：ｔ——初步估计节距t=ｄ＋f/n+δ1(δ1=0.１d) 查表8-7系列值Ｈ0取整数 １０.节距计算: t=（H0-1.5ｄ)/n １1.弹簧螺旋角:（此值一般符合=5°～9°)
弹簧表面处理方法
弹簧的表面处理 弹簧的腐蚀按其反应的类型可分为化学腐蚀及电化学腐蚀。它们都是弹簧表面金属原 子的变化或电子得失变成离子状态的结果。 如果弹簧表面金属只单纯与周围介质发生化学反应，而弹簧引起腐蚀称化学腐蚀。 例如弹簧在特别干燥的大气中氧化生成氧化膜，以及弹簧在非电解质液体中与该液体 或该液体中的杂质发生化学变化等，属于化学腐蚀。 如果弹簧与电解质溶液接触，由于微电池的作用而产生的腐蚀叫电化学腐蚀。例 如弹簧与酸性或盐类溶液接触，这类溶液都是电解质，由于弹簧表面的缺陷或杂质等 原因而形成电位差不同的电极以致弹簧不断受到电解腐蚀；又例如弹簧处在潮湿大气 中，由于大气中的水蒸气在弹簧表面上凝成水膜或水珠，加上大气中的腐蚀性气体(如工业废气中的二氧化硫和硫化氢或海洋大气中的盐雾等)溶解于水膜或水珠中形成电 解质。再加上弹簧金属的杂质或缺陷亦可形成电位差不同的电极，弹簧亦产生电解腐 蚀。这些都属电化学腐蚀。 弹簧受化学腐蚀是少量的、缓慢的，而受电化学腐蚀是主要的、普遍的。但一般 来讲化学腐蚀与电化学腐蚀是同时存在的。 弹簧在制造、存放、使用等过程中，经常会遭受周围介质的腐蚀。由于弹簧在工 作时是靠弹力发挥作用，弹簧被腐蚀后弹力会发生改变而丧失功能。所以防止弹簧的 腐蚀可以保证弹簧的工作稳定，并延长其使用寿命。 弹簧的防腐方法一般采用保护层，根据保护层的性质可分为：金属保护层、化学 保护层、非金属保护层和暂时性保护层等，在此着重介绍前三种方法。 不锈钢弹簧和铜线弹簧本身就具有一定防腐能力，所以一般不进行防腐处理。 1、弹簧的金属保护层 金属保护层种类很多，就弹簧而言，一般是用电镀金方法以获得金属保护层。电 镀保护层不但可以保护不受腐蚀，同时能改善弹簧的外观。有些电镀金属还能改善弹 簧的工作性能，例如提高表面硬度，增加抗磨损力，提高热稳定性，防止射线腐蚀等。 但如果单纯为了弹簧的腐蚀，一般应选用电镀锌层与电镀镉层。 锌在干燥的空气中较安定，几乎不发生变化，不易变色。在潮湿的空气中会生成一层氧化锌或碳式碳酸锌的白色薄膜。这层致密的薄膜可阻止继续遭受腐蚀。因此镀 锌层用于弹簧在一般大气条件下防腐蚀保护层。凡与硫酸、盐酸、苛性钠等溶液相接 触，以及在三氧化硫等气氛的潮湿空气中工作的弹簧，均不宜用锌镀层。 一般镀锌层后经钝化处理，钝化可提高镀层的保护性能和增加表面美观。 在海洋性或高温的大气中，以及与海水接触的弹簧，在70°Ｃ热水中使用的弹簧，镉比较安定，耐腐蚀性能较强。镉镀层比锌镀层光亮美观、质软、可塑性比锌好，镀 层氢脆性小，最适宜于弹簧作保护层。但镉稀少、价昂贵、且镉盐毒性大，对环境污 染很厉害。因此，在使用上受到限制。故大多数只在航空、航海及电子工业所用的弹 簧才使用镉镀层作保护层。 为了提高镉镀层的防蚀性能，可在镀后进行钝化处理。 锌与镉镀层的厚度决定着保护能力的高低。厚度的大小一般应根据使用时工作环 境来选择，镀锌层硬度推荐在6~24μm范围内选取；镀镉层厚度推荐在6~12μm范围内选取。 弹簧的镀锌和镀镉是在氰化电解液中进行的。在电镀过程中，除镀上锌或镉外， 还有一部分还原的氢渗透入到镀层和基体金属的晶格中去，造成内应力，使弹簧上的 镀层和弹簧变脆，也叫氢脆。由于弹簧材料的强度很高，再加上弹簧成形时的变形很 大，因此，对氢脆特别敏感，如不及时去氢，往往会造成弹簧的断裂。为了消除电镀 过程中产生的一些缺陷，改善弹簧的物理化学性能，延长弹簧的使用寿命，提高镀层 的抗蚀能力，必须进行镀后处理，即除氢处理。除氢处理是在电镀后，立即或者在几
弹簧常识
旋绕比C〈弹簧指数〉 C=D2/d 为了使弹簧本身较为稳定，不致颤动和过软，C值不能太大；但为避免卷绕时弹簧丝受到强烈弯曲，C值不应过小。通常C≈5～8，极限状态不小于4或超过16。 常用旋绕比C值 补偿系数K（曲度系数） 为考虑弹簧丝的升角和曲率对弹簧丝中应力的影响。 弹簧术语中英文对照表 Active number of coils(turns)：有效圈数计算弹簧刚度时的圈数 Axial pitch：轴向节距截锥涡卷弹簧轴向的节距 Angular relationship of ends：收口的角关系拉簧的钩环的相对位置 Baking：Heating of electroplated springs to relieve hydrogen embrittlement. Buckle：弹簧箍固紧簧板的金属箍 Closed ends：闭收口 closed and ground ends：磨平闭收口 Close-wound：密身 Characteristic：弹簧特性工作负荷与变形量之间的关系 Diameter of wire cord：索径多股螺旋弹簧钢索直径
Deflection：变形量（挠度）弹簧沿负荷方向产生的相对位移 Deflection at ultimate load：极限负荷下的变形量弹簧在极限负荷下沿作用方向产生的相对位移 Free height(length)：自由长度（高度）弹簧无负荷时的长度（高度） Free angle：自由角度扭转弹簧无扭矩作用时两臂的夹角 Fatigue test：疲劳试验 Height(length) at ultimate load：极限高度（长度）弹簧承受极限负荷时的长度（高度） Hot-setting：加温立定处理在高于弹簧工作温度条件下的立定处理 Helix：螺旋形状、螺旋线。 Hooks：钩 Hydrogen embrittlement：氢脆变 Initial tension (Pi)：初如拉力密圈螺旋拉伸弹簧在冷卷时形成的内力，其值为弹簧开始产生拉伸变形时所需要的作用力 Initial load：初始负荷 Impact test：冲击试验 Load (P)：负荷 Loops：环 Mean diameter or coils：弹簧中径弹簧内径和中径的平均值 Modulus：模量 Modulus in compression：压缩模量橡胶弹簧在压缩时的弹簧模量 Number of end coils：支承圈数弹簧端部用于支承或固定的圈数 Open ends, not ground：开口不磨平 Open ends ground：开口磨平
金属弹簧重力仪metallic spring gravimeter
金属弹簧重力仪metallic spring gravimeter 弹性系统由金属材料制成的重力仪。例如美国的拉科斯特(Lacoste)G型和D型金属弹簧重力仪。它的工作原理、平衡方程和灵敏度公式与采用零长弹簧的中国造ZSM型石英弹簧重力仪一样,所不同的是平衡体的偏转轴是很细的一条金属弹簧,因而可以不考虑扭力矩。测量系统由测微螺丝控制一套杠杆来带动主弹簧的上端点,使平衡体处于零点位置。测微器读数变化与平衡体位移基本同步,读数快而准确。这类仪器测量精度约±0 1重力单位,灵敏度较高,仪器直接测程为70000重力单位,可进行全球范围的相对重力测量而无需调整测程。另一种由德国生产的GS型金属弹簧重力仪,测量精度在±(0 1～0 2)重力单位。中国常用的有GS一11、GS一12和GS一15几种型号。 零长度金属弹簧重力仪 简单介绍: 零长度金属弹簧重力仪由Lacoste博士发起创办了——零长度金属弹仪（ZLS）公司。ZLS公司花费了6年以上的时间开发了这种新的金属零长度弹重力仪—贝尔雷斯（Burris）重力仪。 系统特点： 贝尔雷斯（Burris）重力仪不是在过去Lacoste重力仪产品技术的重新包装，是采用了数字技术的最新发展，使得仪器具有最先进数字性能且易于使用，是目前市场上最准确、精确、耐用和快速读数的重力仪。通过UltraGravTMControl 电子装置自动操控贝尔雷斯（Burris）重力仪可以达到微伽级精度，作为Lacoste 型号的升级换代产品，几年来该产品销售遍及世界各国，获得了世界各国重力使用者的好评。 产品优点 1．最好品质和最精确的测量 2．最轻便和最耐用 3．实时固体潮监测 4．1微伽分辨率 5．初学者和熟练专家都可方便使用 6．自动读数 7．全天候工作 功能 1．操作方便的UltraGravTM 控制系统软件 2．方便准确的水准测量系统 3．极小的漂移现象 4．精度可调功能 5．读数的远程控制 6．兼容性;野外9年多工作证明， UltraGravTM控制 系统也可成功应用于升级的 Lacoste G型和D型重力仪。 7．抗损害、重量轻、携带方便
弹簧圈数的确定
弹簧圈数的确定有效圈数是指弹簧能保持相同节距的圈数。弹簧有效圈数的计算：总圈数—支撑圈，具体根据结构进行计算。 对于拉伸弹簧，有效圈数n =总圈数n1，当n> 20 时圆整为整数圈，当n<20 时圆整为半圈。对于压缩弹簧，有效圈数n 为总圈数n1 减去支撑圈数n2 ，n2 可查表获得。尾数应为1/4、1/ 2、 3/4、或整圈，推荐1/2 圈。 建议你查看GB 1973 ．1 －89 《小型圆柱螺旋弹簧技术条件》中华人民共和国机械电子工业部1989 －03－02 批准1990 －01 －01 实施 小型圆柱螺旋弹簧技术条件 GB 1973．1－89 中华人民共和国机械电子工业部1989－03－02 批准1990－01－01 实施
1主题内容与适用范围木标准规定丁小型圆柱螺旋弹簧的技术要 求、试验方法和检验规则。本标准适用于圆截面圆柱螺旋压缩、拉伸和 扭转弹簧（以下简称弹簧）。弹簧材料的截面直径小于0．5 mm。 本标准不适用于特殊性能的弹簧。 2引用标准 GB 191 包装储运图示标志 GB 1239．5 圆柱螺旋弹簧抽样检查 GB 1805 弹簧术语 GB 2828 逐批检查计数抽样程序及抽样表(适用于连续批的检查) GB 3123 硅青铜线 GB 3124 锡青铜线 GB 3134 铍青铜线 GB 4357 碳素弹簧钢丝 GB 4358 琴钢丝 GB 4459．4 机械制图弹簧画法 GB 4879 防锈包装 GB 6543 瓦楞纸箱 YB(T) 11 弹簧用不锈钢丝 3技术要求 3．1 产品应符合本标准的要求，并按经规定程序批准的产品图样及技术文件制造。
弹簧参数
弹簧参数 ⑴弹簧丝直径d:制造弹簧的钢丝直径。 ⑵弹簧外径D2:弹簧的最大外径。 ⑶弹簧内径D1:弹簧的最小外径。 ⑷弹簧中径D:弹簧的平均直径。它们的计算公式为:D=(D2+D1)÷2=D1+d=D2-d ⑸节距t:除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距，用t表示。 ⑹有效圈数n:弹簧能保持相同节距的圈数。 ⑺支撑圈数n2:为了使弹簧在工作时受力均匀，保证轴线垂直端面、制造时，常将弹簧两端并紧。并紧的圈数仅起支撑作用，称为支撑圈。一般有1.5d、2d、2.5d，常用的是2d。 ⑻总圈数n1: 有效圈数与支撑圈的和。即n1=n+n2. ⑼自由高H0:弹簧在未受外力作用下的高度。由下式计算:H0=nt+(n2-0.5)d=nt+1.5d (n2=2时) ⑽弹簧展开长度L:绕制弹簧时所需钢丝的长度。L≈n1 (ЛD2)2+n2 (压簧) L=ЛD2 n+钩部展开长度(拉簧) ⑾螺旋方向:有左右旋之分，常用右旋，图纸没注明的一般用右旋。 ⑿弹簧旋绕比:中径D与钢丝直径d之比。 符号单位 A--弹簧材料截面面积(mm²);当量弯曲刚度(N/mm);系数 a--距形截面材料垂直于弹簧轴线的边长(mm);系数 B--平板的弯曲刚度(N/mm);系数 b--高径比;距形截面材料平行于弹簧轴线的边长(mm);系数 C--螺旋弹簧旋绕比;碟簧直径比;系数 D--弹簧中径(mm) D1--弹簧内径(mm) D2--弹簧外径(mm) d--弹簧材料直径(mm) E--弹簧模量(MPa) F--弹簧的载荷(N) F'--弹簧的刚度 Fj--弹簧的工作极限载荷(N) Fo--圆柱拉伸弹簧的初拉力(N) Fr--弹簧的径向载荷(N) F'r--弹簧的径向刚度(N/mm) Fs--弹簧的试验载荷(N) f--弹簧的变形量(mm) fj--工作极限载荷Fj下的变形量(mm) fr--弹簧的静变形量(mm) fs--试验载荷Fs下弹簧的变形量(mm);线性静变形量(mm) fo--拉伸弹簧对应于处拉力Fo的假设变形量(mm);膜片的中心变形量(mm) G--材料的切变模量(MPa) g--重力加速度，g=9800mm/s² H--弹簧的工作高(长)度(mm) Ho--弹簧的自由高(长)度(mm) Hs--弹簧试验载荷下的高(长)度(mm) h--碟形弹簧的内载锥高度(mm)
弹簧设计规范
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弹簧设计规范 一、弹簧的功能 弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的结构特点，它具有多次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。其主要功能有： ⑴、减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。 ⑵、测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。 ⑶、储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。 ⑷、控制运动，如控制弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，控制内燃机气缸阀门开启的弹簧等。 二、弹簧的类型、特点和应用 弹簧的分类方法很多，按照所承受的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；按照形状的不同，弹簧可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘形弹簧和板弹簧等；按照使用材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧。各种弹簧的特点、应用见表1。 理论和计算方法。
三、弹簧使用的材料及其用途 弹簧钢的的主要性能要求是高强度和高屈服极限和疲劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强钢的淬透性和屈强比。 弹簧材料使用最广者是弹簧钢（SUP）。碳素钢用于直径较小的弹簧，工艺多为冷拔成型，如：65#，75#，85#。直径稍大，需用热成型工艺生产的弹簧多采用60Si2Mn，如汽车板簧，铁路车辆的缓冲簧。对于高应力的重要弹簧可采用50CrV,常用于高级轿车板簧，发动机气门弹簧等。其他弹簧钢材料还有：65Mn, 50CrMn, 30W4Cr2V等。 a、碳钢及合金钢：制造弹簧时，常加矽、锰、铬、钒及钼等金属元素于钢中，以增加弹簧之弹性及疲劳限度，且使其耐冲击。 b、大型弹簧多用热作加工，即弹簧材料高温轧成棒，再高温加工成形后，淬火于780度～850度左右之油或水中，再施以400度～500度的温度回火。 c、小型弹簧，先经退火，再用冷作加工，捲成后再经硬化回火，如钢丝、琴钢丝或钢带。 d、琴钢丝是属高炭钢材（0.65～0.95%）制造，杂质少，直径常小于1/4时经过轫化处理后在常温抽成线，其机械性质佳，抗拉强度及轫性大，为优良的螺旋弹簧材料。 e、不锈钢丝用于易受腐蚀处，承受高温可用高速钢及不锈钢。 f、油回火线含碳量0.6～0.7%应含锰，0.6～1.0%常用于螺圈弹簧。 g、板弹簧常用0.9～1.0%之普通钢，其较高级者则使用铬钒钢及矽锰钢。
弹簧参数计算
第15章弹簧元件 15.1 弹簧元件的的功用和类型 弹簧受外力作用后能产生较大的弹性变形，在机械设备中广泛应用弹簧作为弹性元件。弹簧的主要功用有：1）控制机构的运动或零件的位置，如凸轮机构、离合器、阀门以及各种调速器中的弹簧；2）缓冲及吸振，如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧；3）储存能量，如钟表、仪器中的弹簧；4）测量力的大小，如弹簧秤中的弹簧。 弹簧的种类很多，从外形看，有螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等。 螺旋弹簧是用金属丝（条）按螺旋线卷饶而成，由于制造简便，所以应用最广。按其形状可分为：圆柱形（下图a、b、d）、截锥形（下图c）等。按受载情况又可分为拉伸弹簧（下图a）、压缩弹簧（下图b、c）和扭转弹簧（下图d）。 环形弹簧（下图a）和碟形弹簧（下图b）都是压缩弹簧，在工作过程中，一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上，因此具有很高的缓冲吸振能力，多用于重型机械的缓冲装置。 平面涡卷弹簧或称盘簧（下图c），它的轴向尺寸很小，常用作仪器和钟表的储能装置。 板弹簧（下图d）是由许多长度不同的钢板叠合而成，主要用作各种车辆的减振装置。 本章主要介绍圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的结构和设计。 15.2 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 一、弹簧的应力 圆柱螺旋拉伸及压缩弹簧的外载荷（轴向力）均沿弹簧的轴线作用，它们的应力和变形计算是相同的。现以圆柱螺旋压缩弹簧为例进行分析。 下左图所示为一圆柱螺旋压缩弹簧，轴向力F作用在弹簧的轴线上，弹簧丝是圆截面的，直径为d，弹簧中径为D2，螺旋升角为a。一般，弹簧的螺旋
升角a很小（a<9°），可以认为通过弹簧轴线的截面就是弹簧丝的法截面。由力的平衡可知，此截面上作用着剪力F和扭矩T=FD2/2。 如果不考虑弹簧丝的弯曲，按直杆计算，以W T表示弹簧丝的抗扭截面系数，则扭矩T在截面引起的最大扭切应力（上右图）为 若剪力引起的切应力为均匀分布，则切应力 弹簧丝截面上的最大切应力τ发生在内侧，即靠近弹托轴线的一侧，其值为 令 则弹簧丝截面上的最大切应力为 式中：C称为旋绕比，或称为弹簧指数，是衡量弹簧曲率的重要参数；抬号内的第二项为切应力τ″的影响。 较精确的分析指出，弹簧丝截面内侧的最大切应力（上左图）及其强度条
弹簧基本知识
弹簧材料的选择 弹簧材料的选择，应根据弹簧承受载荷的性质、应力状态、应力大小、工作温度、环境介质、使用寿命、对导电导磁的要求、工艺性能、材料来源和价格等因素确定。 在确定材料截面形状和尺寸时，应当优先选用国家标准和部颁标准所规定的系列尺寸，尽量避免选用非标准系列规格的材料。 中、小型弹簧，特别是螺旋拉伸弹簧，应当优先用经过强化处理的钢丝，铅浴等温冷拔钢丝和油淬火回火钢丝，具有较高的强度和良好表面质量，疲劳性能高于普通淬火回火钢丝，加工简单，工艺性好，质量稳定。 碳素弹簧钢丝和琴钢丝冷拔后产生较大的剩余应力，加工弹簧后，存在较大的剩余应力，回火后尺寸变化较大，难以控制尺寸精度。油淬火回火钢丝是在钢丝是在钢丝拉拔到规定尺寸后进行调制强化处理，基本上没有剩余应力存在，成型弹簧后经低温回火，尺寸变化很小，耐热稳定性好于冷拔强化钢丝。 大中型弹簧，对于载荷精度和应力较高的应选用冷拔材或冷拔后磨光钢材。对于载荷精度和应力较低的弹簧，可选用热轧钢材。 钢板弹簧一般选用55Si2Mn、60Si2MnA、55SiMnVB、55SiMnMoV、60CrMn、60CrMnB 等牌号的扁钢。螺旋弹簧的材料截面，应优先选用圆形截面。正方形和矩形截面材料，承受能力较强，抗冲击性能好，又可使弹簧小型化，但材料来源少。且价格较高，除特殊需要外，一般尽量不选用这种材料。近年来，研制用圆钢丝轧扁代替梯形钢丝，取得了很好的效果。 在高温下工作的弹簧材料，要求强度有较好的热稳定性、抗松弛或蠕变能力、抗氧化能力、耐一定介质腐蚀能力。 弹簧的工作温度升高，弹簧材料的弹性模量下降，导致刚度下降，承载能力变小。因此，在高温下工作的弹簧必须了解弹性模量的变化率（值），计算弹簧承载能力下降对使用性能的影响。按照GB1239规定，普通螺旋弹簧工作温度超过60℃时，应对切变模量进行修正，其公式为：Gt=KtG 式中G——常温下的弹性模量；Gt——工作温度t下的切变模量；Kt——温度修正系数按表2—98选取。 在低温下使用的弹簧材料，应具有良好的低温韧性。碳素弹簧钢丝、琴钢丝和1Cr18Ni9等奥氏体不锈钢弹簧钢丝、铜合金、镍合金有较好的低温韧性和强度。 在低温下，材料的脆性对表面缺陷十分敏感，因此，对材料表面质量应严格要求。 在低温下，环境介质对材料腐蚀程度比在温室下小得多，而镀镉和镀锌易引起冷脆。 在低温下，材料的弹性模量和膨胀系数变化不大，在设计中可以不考虑。 弹簧钢制作的弹簧，硬度（即强度）的选用应依据弹簧承载性质和应力大小而定。但是，硬度高低与平面应变断裂韧性关系极大。 从曲线关系可以看出，随着硬度增加，平面应变断裂韧性（KIC）值显著下降。这就是说在确定弹簧的硬度硬度值时，应本着在满足弹簧特性要求的前提下，弹簧的硬度值偏低一些好。弹簧选材时，要注意钢材的淬透性。弹簧材料截面是否淬透以及淬透的程度，对弹簧质量关系极大。 以弹簧本身作导体的电器弹簧或在湿度变化不定的条件下，如水（包括海水）、水蒸气环境中工作的弹簧，一般选用铜和金材料。