弹簧种种 第4期

日常生活中使用的弹簧有大有小。有长有短，有粗有细，形态各异，它们处处都在为我们服务，弹簧的工作原理是：弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力F和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比。下面我们了解一下各种各样的弹簧。

一、弹簧的分类

弹簧的种类很多，若按照其所承受的载荷性质，弹簧主要分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧等三种。若按照弹簧形状又可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、锥形弹簧、环形弹簧、板弹簧等。如图所示。

拉伸弹簧是承受轴向拉力的螺旋弹簧。一般都用圆截面材料制造，各圈绕成相互紧贴的螺旋圈或节距圈，受外力时向外伸长，保持有向中间收缩的力。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。拉簧钩分为多种：英式钩、德式钩、边耳钩、鱼尾钩等。拉伸弹簧为压缩弹簧之反向运用，运用范围也较大。

压缩弹簧是承受轴向压力的螺旋弹簧。它所用的材料截面多为圆形。也有用矩形和多股钢丝卷制的，弹簧一般为等节距的。绕成分开的螺旋圈，使各圈有间隙(节距)，以便受力收缩，保持有向两端伸张的张力。受最大负荷时，不能被完全压缩。必须在有效圈数间保留间隙，以免摩擦或其他物质嵌入，引起疲劳破坏。弹簧自由长度应等于弹簧的实长加上间隙，再加变形量。压缩弹簧的形状有：圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形以及少量的非圆形等，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载负荷时弹簧收缩变形，储存弹性能。压缩弹簧为所有弹簧种类中最被广泛运用的一种，运用范围涉及电子、电机、计算机、信息、汽机车、自行车、五金工具、礼品、玩具、乃至国防工业，因其设计与原理易于掌握，制造控制也最为简单。

扭转弹簧是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是密绕成螺旋形。它利用杠杆原理。通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料的扭曲或旋转，使之具有极大的机械能。扭转弹簧分为单扭弹簧和双扭弹簧，弹簧常套入销或轴中，当受外力后，即依弹簧轴心为轴而产生一扭转力，使得弹簧扭紧或旋松。双扭弹簧又分为外双扭力和内双扭力弹簧。各圈或是紧密围绕或是分开围绕。扭转弹簧的端部结构是加工成各种形状的扭臂，而不是勾环。扭转弹簧常用于机械中的平衡机构，在汽车、机床、电器等工业生产中广泛应用。

碟形弹簧采用单片对合组合、多片叠合组合和混合组合等方式以获得各种不同曲线。可以承受很大的冲击载荷，具有良好的吸振能力，常用作缓冲减振弹簧。具有体积小、负荷大、组合使用方便等特性，同时具有载荷集中传递的优点。在载荷相当大和弹簧轴向尺寸受限制的地方，可以采用碟形弹簧。

环形弹簧由带有内锥面的外圆环和带有外锥面的内圆环配合而成。内、外圆环的对数根据承受载荷的大小和变形的要求而定。环形弹簧常用在空间尺寸受限制而又需要强力缓冲的场合、环形弹簧由许多对内、外圆环组成，若损坏或磨损后不需要全部更换，只需将报废的个别圆环更换即可，修理较容易，也比较经济。

锥形弹簧绕成锥形的螺旋圈，可承受压力及张力，一般承受力量均甚小。当受压缩时各圈收缩进大圈的平面内为其优点，例如手电筒盖上压缩电池用的弹簧。

板状弹簧用金属片或金属板制成。这些金属片形成板形弹簧，在弯曲时也产生恢复原来形状的倾向。形变越大，这种倾向越强。板弹簧能承受较大的弯曲作用，常用于受载方向尺寸有限制而变形量又较大的场合。由于板弹簧有较好的消振能力，所以在汽车、拖拉机和铁路车辆的悬挂装置中均普遍使用这种弹簧。

二、弹簧的功能

1　测量力的大小

根据弹簧的工作原理，在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长跟它所受的拉力成正比。弹簧测力计和测力器中的弹簧就是利用弹簧的这一性质制成的。

2　紧压功能

观察各种电器开关会发现，开关的两个触头中，必然有一个出头装有弹簧，以保证两个出头紧密接触，导通良好。如果接触不良，接触处的电阻变大，电流通过时产生的热量变大。严重时还会使接触处的金属熔化。卡口灯头的两个金属柱都装有弹簧也是为了接触良好。至于螺口灯头的中心金属片以及所有插座的接插金属片都是弹簧片，其功能都是使双方紧密接触，以保持导通良好。在订书机中有一个长螺旋弹簧，它的作用一方面是顶紧钉书钉，另一方面是当最前面的钉被推出后，可以将后面的钉送到最前面以备钉推出，这样，就能自动地将一个个钉推到最前面，直到钉全部推出为止。许多机器自动供料，自动步枪中的子弹自动上膛都靠弹簧的这种功能。此外，像夹衣服的夹子、圆珠笔、钢笔套上的夹片也都利用弹簧的紧压功能夹在衣服上的。

3　复位功能

弹簧在外力作用下发生形变，撤去外力后。弹簧就能恢复原来的状态很多工具和设备都是利用弹簧这一性质来复位的。例如，许多建筑物大门的合页上都装了复位弹簧，人们进出后，门会自动复位。人们还利用这一功能制成了自动伞、自动铅笔等用品，十分方便。此外，各种按钮和按键也少不了复位弹簧。

4　存储和释放能量

机械钟表、发条玩具都是靠上紧发条带动。当发条被上紧时发条产生弹性形变，存储一定的弹性势能。释放后，弹性势能转变为动能，通过传动装置带动转动。玩具枪、发令枪和军用枪支也是利用弹簧的这一性质工作的。

5　缓冲功能

在机车、汽车车架与车轮之间装有的减振弹簧及各种缓冲器的弹簧等，利用弹簧的弹性来减缓车辆的颠簸，吸收振动和冲击能量。自行车的坐垫下的弹簧就利用了这一功能。

6　振动发声功能

当空气从口琴、手风琴中的簧孔中流动时，冲击簧片，簧片振动发出声音。

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，把机械功或动能转化为弹性势能，而卸载后弹簧的形变消失并回复原状，将弹性势能转化为机械功或动能。

形形的弹簧在不同场合中发挥着不同的功能，除了介绍的这些功能外，还有一些其它功能也被人们广泛应用着。