弹簧在工作中常受交变和冲击载荷，又要求有较大的变形，所以弹簧材料应具有高的抗拉强度、弹性和疲劳强度。在工艺上要有的淬透性、不易脱碳，表面质量好。

二、弹簧的制造

螺旋弹簧的制造工艺过程包括：卷制、挂钩的制作或端面圈的精加工、热处理和工艺性能试验。

大量生产时，是在自动卷簧机上卷制；单件及小批生产时，则在普通车床或手工制作。 弹簧丝直径小于或等于8mm时，常用冷卷法，卷前要热处理，卷后要低温回火。直径大于8mm时，采用热卷（热卷温度800℃～1000℃）法，热卷后经淬火和中温回火处理，弹簧成形后要进行表面质量检验，表面应光洁、无伤痕、无脱碳等缺陷；受变载荷的弹簧，还须经喷丸等表面处理，以提高弹簧疲劳寿命。

压簧拉簧扭簧的制造：

三、弹簧的端部结构

压缩弹簧除参加变形的有效圈数n外，为了使压缩弹簧工作时受力均匀，保证弹簧中心线垂直于端面，弹簧两端各有3/4～7/4圈并紧起支承作用，工作时不参与变形，故称为死圈或支承圈。

拉伸弹簧端部有挂钩，以便安装和加载。常用的端部结构有四种型式；半圆钩环、圆钩环制造方便，应用广泛，但因挂钩过渡处产生很大弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径d≤10mm的弹簧。可调式和可转式挂钩受力情况较好，且可转向任何位置以便于安装。

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弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，并把机械功或动能转化为变形能，而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状，同时将变形能转化为机械功或动能。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。

一、弹簧的作用

■缓冲和减振。如汽车、火车车箱下的减振弹簧，各种缓冲器的缓冲弹簧等；

■控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹簧，离合器中的控制弹簧等；

■储存及输出能量。如钟表弹簧、枪闩弹簧等；

■测量力的大小。如弹簧秤，测力器中的弹簧等；

二、弹簧的分类

按受力性质弹簧分为：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。

拉伸弹簧(简称拉簧)是承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。

压缩弹簧(简称压簧)是承受向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面多为圆形，也 有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存形变能。

扭转弹簧属于螺旋弹簧。扭转弹簧可以存储和释放角能量或者通过绕簧体中轴旋转力臂以静态固定某一装置。扭转弹簧的端部被固定到其他组件，当其他组件绕着弹簧中心旋转时，该弹簧将它们拉回初始位置，产生扭矩或旋转力。

还有两种不常见的空气弹簧和碳纳米管弹簧；

空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧，用在高档车辆的悬架装置中可以大大改善车辆的平顺性，从而大大提高了车辆运行的舒适性，所以空气弹簧在汽车、铁路机车上得到了广泛的应用。

碳纳米管弹簧：需要先制出碳纳米管薄膜，再利用纺丝技术将碳纳米管薄膜纺成碳纳米管弹簧。直径可以达上百微米，而长度可以达几厘米，有望应用于可伸缩导体、柔性电极、微型应变传感器、超级电容器、集成电路、太阳能电池、场发射源、能量耗散纤维等领域，还有望应用于医疗器械，比如拉力传感绷带等。

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1、作用不同

弹簧减振器主要适用于核电厂、火电厂、化工厂、钢铁厂等的管道及设备的抗振动。常用于控制挂续性的流体振动激扰（如流体脉动、两相流、高速流和风振等）的管系振动。

油压减振器是机车车辆（内燃机车、电力机车）地铁车辆、城市轻轨车辆和高速公路大型客运车辆转向架（车桥）一系悬挂、二系悬挂装置上的重要减振构件。

2、工作原理不同

减震器主要用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击。在经过不平路面时，虽然吸震弹簧可以过滤路面的震动，但弹簧自身还会有往复运动，而减震器就是用来抑制这种弹簧跳跃的。

油压减振器是靠拉伸、压缩活塞杆往返运动形成液压阻尼力达到减振的目的，具有良好的减振阻尼效应和柔性的减振效果，是提高机车、车辆高速运行的平稳性、和舒适性、安全性的关键部件。

因为气门弹簧工作时承受扭力，所以在它圆截面上的应力分布是不均匀的。从近中心的原点，到边缘各点，应力逐渐递增，表面所受的应力最大。就表面各点而言，正内侧表面承受的应力最大，且受平面应力的作用。为此，一旦气门弹簧表面存在缺陷，位于缺陷处即有可能产生最大的应力集中，从而导致弹簧的早期断裂。

折断的原因

气门弹簧断裂的原因，除了制造上存在缺陷外，使用方法不当也可能使其遭受早期损坏。常见的原因多为以下几点：

①弹簧表面有麻点和腐蚀坑。因保管不当，会使弹簧表面形成腐蚀坑，当弹簧承受较大扭力时，在蚀坑处易引起应力集中，最终导致弹簧疲劳断裂。

新气门弹簧的质量检查方法：将弹簧夹在台虎钳上压缩到最小长度，使圈与圈之问尽可能没有空隙，并保持48h，如果弹簧的表面有瑕疵存在，在经过这种压缩处理后就会断裂。这是因为弹簧内部应力在瑕疵附近高度集中，以致使弹簧断裂。

气门弹簧弹力的强弱，可用对比法加以识别。具体做法是：先将被检查的一只旧气门弹簧与一只新气门弹簧串联在一起，并且中间用一钢片垫圈隔开。然后在一只气门弹簧上加一定的压力，观察新旧弹簧压缩的程度。若旧弹簧的弹力不足，则此时必定先被压下去。

②弹簧中心线歪斜。气门弹簧的两个端面若与弹簧中心线不垂直，则弹簧长期在高速下工作，也易使其金属材料因疲劳而断裂。气门弹簧垂直度的检查方法是：先将弹簧垂直放在平板上，用一直角尺靠在弹簧最下边一圈上，然后将弹簧旋转一周，测量最上边一圈弹簧与直角尺距离的最大值。通常情况下，气门弹簧对垂直线的倾斜距离为1.0～1.5mm。若超过此值，最好换用新件。

③气门导管窜动或凸轮轴轴承松动。使用中若发生气门导管窜动现象，即有可能导致气门弹簧在被压缩时因受弯曲应力的作用而折断。凸轮轴轴承松动，会引起气门弹簧产生共振，也会促使其折断。

④操作或安装不当。柴油发动机在运转过程中，若转速经常性突然变化，即会使气门弹簧被压缩和伸张的频率突然猛增，导致其疲劳断裂。

⑤没有按要求装配气门弹簧。装配气门弹簧时，有的机型有特殊要求。例如五十铃6BBl柴油发动机，要求将弹簧涂有蓝色的一面朝向气缸盖上平面。否则，弹簧易折断。

应急处理

在汽车行驶途中，如果发现柴油发动机气门弹簧折断，可先将折断的弹簧拆下，再将弹簧两端的工作面相对后复装暂用。如果弹簧折断成数段，可将该缸进、排气门的调整螺栓拆下，使气门保持关闭状态，然后将通往该缸的喷油泵高压油管拆下，使其不能向气缸喷油，即可使汽车继续行驶至目的地。

气门弹簧的没计是一个复杂的系统设计课题。良好的弹簧设计可以最大限度地减少配气机构的摩擦和磨损。现将一个基于构造参变量敏感度设计图的气门弹簧设计的分析式方法总结如下：

（1）第1步通过分析车辆下坡行驶性能和发动机制动，确定配气机构的飞脱转速设计目标，以便确定所需要的气门弹簧预紧力和弹簧刚度；

（2）第2步建立配气机构动力学模型，以便准确地预测飞脱，并且评估缸内再压缩压力对飞脱的影响；

（3）第3步通过对弹簧预紧力和弹簧刚度的不同取值进行参变量扫值计算，构建配气机构动力学的参数图，以检查它们对配气机构振动的影响。需要在图中绘制推杆力、配气机构加速度和弹簧减速度相对于曲轴转角的曲线，以显示飞脱的设计裕度，从而能够在第4步中方便而明智地选取弹簧预紧力和弹簧刚度所需要具有的目标值；

（4）第4步基于排气门阀头的静态力平衡，计算所需要的弹簧预紧力以防止排气门出现跳浮。为带和不带排气制动器的发动机选择排气门弹簧预紧力，并使用在第3步中的设计参数图来选择匹配的弹簧刚度；

（5）第5步对设计参数进行参变量扫值计算，使用图形化设计方法为弹簧设计构造参变量敏感度设计图。选择弹簧的平均直径、线圈钢丝直径和线圈数目，同时满足弹簧扭转应力、固有频率、线圈间隙等设计约束条件。或者也可用分析式优化方法直接求解式。

气门弹簧设计与凸轮设计一样，对发动机系统性能具有同等重要性。气门弹簧的功能包括防止气门在气压载荷下跳浮离开气门座，以及控制气门运动以避免配气机构分离。气门弹簧设计影响凸轮应力、配气机构摩擦和弹簧颤振。发动机的气门弹簧通常是两端封闭的开圈螺旋压缩弹簧。大多数发动机使用定刚度弹簧，虽然有些使用变刚度弹簧。对于转速较低的柴油机来讲，使用单弹簧设计通常足以满足要求，但有时也需要使用带一个阻尼弹簧或内簧的双弹簧设计，以减小气门弹簧颤振的严重程度。气门弹簧设计是个非常复杂的任务。它可以作为一个范例来说明发动机系统设计的原则，原因有二三。首先，分析式弹簧设计方法展示了在部件没计参数与系统设计参数之间的链接。第二，分析式弹簧设计方法展示了对于同一个设计问题，可以有两种不同的数学构造方法：一种是作为确定性的解来处理，另一种是作为优化问题来求解。在优化问题的数学构造上，目标函数和约束函数均以显式函数作为示例列出。需要注意的是，在发动机系统设计的其他领域（例如循环性能、凸轮设计、配气机构动力学）。用于优化构造的函数通常是更为复杂的隐式函数。第三，分析式弹簧设计方法给出了使用图形设计法来构造参变量扫值设计图的一个范例。这些典型的参数图可以川来处理在柴油机系统设计中经常遇到的多维设计问题。

在气门弹簧设计中，已知的输人数据包括以下内容：①最大气门升程；②给定的弹簧安装长度；③所需的弹簧预紧力；④所需的弹簧刚度。需要注意的是，弹簧的预紧力和刚度是发动机系统层面的设计参数，需要满足所允许的最大弹簧力和凸轮应力、排气门不跳浮、配气机构不飞脱等要求。气门弹簧设计凸轮设计之间存在着强烈的相互作用。如果在弹簧设计上很难找到解决方案，就必须修改这些输入数据。

在气门弹簧设计中，以下参数是计算输出数据：①基本或独立的弹簧设计参数（即弹簧平均直径、弹簧线圈钢丝直径、工作线圈数目）；②导出的设计参数（例如弹簧的自由长度、最大压缩长度、压实长度、线圈之间的自由间隙、在最大压缩时线圈之间的实体间隙、弹簧的固有频率和颤振阶数、最大弹簧载简、最大弹簧扭转成力）。基本的弹簧设计参数决定了弹簧的刚度。

一些输出参数受设计约束条件限制。例如，安装长度和弹簧平均直径受包装空间限制。在最大弹簧压缩量和在压实长度下的弹簧扭转应力受弹簧疲劳寿命、强度和最大允许应力极限限制。关于弹簧颤振保护的约束条件是通过控制实体间隙和弹簧固有频率实现的。弹簧颤振的阶数是指弹簧的固有频率与发动机的工作频率之比。为了保证弹簧不在运行中发生强烈颤振。气门弹簧的固有频率通常至少应当是发动机工作频率的13倍，即希望弹簧颤振的阶要高于13。弹簧固有频率分析表明，如果弹簧对于凸轮型线的主导谐波之一响应非常灵敏的话，颤振的趋势肯定是存在的。在这种情况下，就需要对凸轮或者弹簧的设计进行修改。有时可以使用变刚度或嵌套弹簧来改变弹簧的频率，以帮助减轻颤振问题。

弹簧设计是一个多维参数的没汁问题，可以通过一个图形化的方式来处理，以检查参数敏感度趋势。气门弹簧设计优化的目的是最大限度地增大弹簧的固有频率，以减少弹簧振动，同时满足以下限制条件：①发动机系统方面所要求的弹簧预紧力和气门弹簧刚度；②最大允许的弹簧应力；③适当的实体间隙以控制弹簧颤振。

随着科技的飞速发展，弹簧已经是我们生活中的一个非常重要的五金配件，不同的产品使用到的弹簧也不尽相同，常用的弹簧大致可分为：拉簧、扭簧、压簧、碟簧、板簧。下面介绍的一款非常实用的拉力弹簧的特点应用：

许多不同的产品或者钩都是用来保证拉力弹簧的拉力来源，拉簧与压簧的工作原理相反，拉簧是在伸展或者拉开的时候反向作用，当我们拉开拉力弹簧两边挂圈装置的时候，拉簧中间的铁线会试图将他们拉回重合在一起。拉力弹簧通常在程度的伸展拉力下，即使是在负载的情况下，这种初始的张力决定了在负载情况下拉力弹簧的紧密程度不会被改变。在允许的范围内，伸展程度越大，回弹的强度越大。

压力弹黄装拆器

2t 液压起重手推搬运车在生产中应用非常广泛。我们在对其压力油泵进行维修时，发现使压力油泵的活塞杆及推车的压力手臂回位的压力弹簧,其钢丝直径为协加妞,蓄有的弹力达1000N，对其装、拆十分困难。往往因此耽搁排除故障时间，直接影响生产进度。也采取过一些措施，效果都不好。为此，我设计了如图1所示的压力弹簧装拆器。装拆器由下压杆1、压块10、连接销14、螺母1、球形垫片12、上压杆13、定位套16、杆巧、等组成。

操作时, 将螺母11 旋至适当位置, 使下压杆1 的圆柱头爪接触车身2，两块压块10 对称压在垫片6 上，旋压螺母n，通过拉紧杆15 ，使上压杆13 和下压杆1 相对移动，迫使压力弹簧压缩，当垫片6 离开圆柱销7 时，即可拆去压轮轴9、压轮8 及圆柱销7。此时，再旋松螺母11 ，卸去装拆器,取下压力弹簧，就可对压力油泵进行分解、检测维修。

装拆器上的定位套16 为关键件， 制作时， 一端为内球面，中间有槽形孔, 另一端为斜平面，它与压杆为过盈配合。要求其与球形垫片12 及杆15的球头接触良好。压块10 与连接销14 为间隙配合，要求转动灵活。连接销14 与上压杆13 为过盈配合。连接轴18 与压杆为间隙配合。

气门弹簧断裂的原因，除了制造上存在缺陷外，使用方法不当也可能使其遭受早期损坏。常见的原因多为以下几点：

①弹簧表面有麻点和腐蚀坑。因保管不当，会使弹簧表面形成腐蚀坑，当弹簧承受较大扭力时，在蚀坑处易引起应力集中，导致弹簧疲劳断裂。

新气门弹簧的质量检查方法：将弹簧夹在台虎钳上压缩到小长度，使圈与圈之问尽可能没有空隙，并保持48h，如果弹簧的表面有瑕疵存在，在经过这种压缩处理后就会断裂。这是因为弹簧内部应力在瑕疵附近高度集中，以致使弹簧断裂。

气门弹簧弹力的强弱，可用对比法加以识别。具体做法是：先将被检查的一只旧气门弹簧与一只新气门弹簧串联在一起，并且中间用一钢片垫圈隔开。然后在一只气门弹簧上加的压力，观察新旧弹簧压缩的程度。若旧弹簧的弹力不足，则此时先被压下去。

②弹簧中心线歪斜。气门弹簧的两个端面若与弹簧中心线不垂直，则弹簧长期在高速下工作，也易使其金属材料因疲劳而断裂。气门弹簧垂直度的检查方法是：先将弹簧垂直放在平板上，用一直角尺靠在弹簧下边一圈上，然后将弹簧旋转一周，测量上边一圈弹簧与直角尺距离的大值。通常情况下，气门弹簧对垂直线的倾斜距离为1.0～1.5mm。若超过此值，换用新件。

③气门导管窜动或凸轮轴轴承松动。使用中若发生气门导管窜动现象，即有可能导致气门弹簧在被压缩时因受弯曲应力的作用而折断。凸轮轴轴承松动，会引起气门弹簧产生共振，也会促使其折断。

④操作或安装不当。柴油发动机在运转过程中，若转速经常性突然变化，即会使气门弹簧被压缩和伸张的频率突然猛增，导致其疲劳断裂。

⑤没有按要求装配气门弹簧。装配气门弹簧时，有的机型有特殊要求。例如五十铃6BBl柴油发动机，要求将弹簧涂有蓝色的一面朝向气缸盖上平面。否则，弹簧易折断。

应急处理

在汽车行驶途中，如果发现柴油发动机气门弹簧折断，可先将折断的弹簧拆下，再将弹簧两端的工作面相对后复装暂用。如果弹簧折断成数段，可将该缸进、排气门的调整螺栓拆下，使气门保持关闭状态，然后将通往该缸的喷油泵高压油管拆下，使其不能向气缸喷油，即可使汽车继续行驶至目的地。

（1）1步通过分析车辆下坡行驶性能和发动机制动，确定配气机构的飞脱转速设计目标，以便确定所需要的气门弹簧预紧力和弹簧刚度；

（2）2步建立配气机构动力学模型，以便准确地预测飞脱，并且评估缸内再压缩压力对飞脱的影响；

（3）3步通过对弹簧预紧力和弹簧刚度的不同取值进行参变量扫值计算，构建配气机构动力学的参数图，以检查它们对配气机构振动的影响。需要在图中绘制推杆力、配气机构加速度和弹簧减速度相对于曲轴转角的曲线，以显示飞脱的设计裕度，从而能够在第4步中方便而明智地选取弹簧预紧力和弹簧刚度所需要具有的目标值；

（4）4步基于排气门阀头的静态力平衡，计算需要的弹簧预紧力以防止排气门出现跳浮。为带和不带排气制动器的发动机选择排气门弹簧预紧力，并使用在3步中的设计图来选择匹配的弹簧刚度；

（5）5步对设计参数进行参变量扫值计算，使用图形化设计方法为弹簧设计构造参变量敏感度设计图。选择弹簧的平均直径、线圈钢丝直径和线圈数目，同时满足弹簧扭转应力、固有频率、线圈间隙等设计约束条件。或者也可用分析式优化方法直接求解式。

1.在对弹簧进行正式的检测之前，先将弹簧压缩一次到实验的荷重，当试验荷重比压并荷重大时，就可以进行压并荷重作为试验荷重，但是压并力最大不能超过定见压并荷重的1.5倍。

2.对荷重检测前的准备：用对应量程的三等规范测力计或者划一以上精度的砝码对荷重试验机进行勘正，确保试验机精密不要低于1%；同时用量块勘正荷重试验机的长度读数误差。

3.弹簧压到指定高度荷重的检测：将与指定高度相同的量块放置在荷重试验机压盘的中央，在量块上加载与图样名义值相近的荷重，然后锁紧定位螺钉或者定位稍，将量块放入待测弹簧，调解零位，去除弹簧自重，将弹簧压至指定高度，并读出相应的荷重，最后根据标定的荷重试验机误差，对度数进行相应的修改。

4.将上压盘压制弹簧刚解除到的位置，荷重试验机预示值F0≈0.05F;记载荷重试验的初读数地F0以及长度数，然后继续加载，使长度预示的读数变化值达到划定的变形量。