1環(huán)形彈簧的結(jié)構(gòu)

1.1常見環(huán)形彈簧的結(jié)構(gòu)

環(huán)形彈簧通常是由端環(huán)、外環(huán)和內(nèi)環(huán)組成（見圖1）。主要參數(shù)為彈簧的內(nèi)徑 D1外徑 D2和自由高度。自由高度又是由單圈環(huán)簧的高度h、數(shù)量n、環(huán)間的軸向間距δ決定。還有一個主要的參數(shù)就是圓錐半角β，當(dāng)β選取較小時，彈簧剛度較小，若β<p（摩擦角，一般7°~9°)，則卸載時產(chǎn)生自鎖，即不能回彈復(fù)原。

ａ）自由狀態(tài) ｂ）受載荷狀態(tài)

D1—彈簧的內(nèi)徑 Ｄ2—彈簧的外徑H0—彈簧的自由高度δ0—彈簧外圓環(huán)之間的軸向間距

β—彈簧圓環(huán)的圓錐半角 δ—彈簧受載荷后外圓環(huán)的軸向間距 Ｈ—彈簧受載荷后的高度

常用環(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)尺寸見表2

1.2改進型環(huán)形彈簧的結(jié)構(gòu)

改進型環(huán)彈簧的內(nèi)外環(huán)截面作了一些調(diào)整，即軸向外環(huán)的外徑和內(nèi)環(huán)的內(nèi)徑不是一根直線，而改成了曲線（見圖2）。這樣截面積就減小，重量隨之減輕，但又不影響內(nèi)外環(huán)的摩擦力，既節(jié)約了資源又減輕了重量；也有單外環(huán)或單內(nèi)環(huán)改變截面形狀的。

2環(huán)形彈簧的制造工藝流程

環(huán)形彈簧規(guī)格繁多如表2所列，小自外徑18mm，大至外徑500mm左右。由于很難找到壁厚與外徑相適應(yīng)的無縫彈簧鋼鋼管，一般多用鍛好的環(huán)坯進行制作，其工藝流程如圖3所示。

2.1環(huán)形彈簧的毛坯制造

環(huán)形彈簧鍛造毛坯如圖4所示。環(huán)形彈簧的厚度與外徑比一般很小，極易變形，為考慮成品精度，所以下料的內(nèi)外徑加工余量較大，一般都在單邊5mm以上。鍛造毛坯應(yīng)成環(huán)形，按照毛坯尺寸再計算圓鋼下料的長短。例如：當(dāng)計算外環(huán)毛坯為 D1=499mm、d1=438.5mm、h1=82mm 的環(huán)簧毛坯選用多粗的圓鋼下料，料長又為多少？

首先要計算出此批毛坯體積V

根據(jù)鍛造比≥2的要求選用Φ200mm彈簧圓鋼，則長度應(yīng)為：

考慮下料損耗及鍛造損耗，實際下料為（11.5x1.2）mm=14mm

環(huán)簧毛坯鍛造不像碟簧毛坯下料，一定要使鍛造比大于2：1。鍛造環(huán)簧毛坯可以用模鍛，也可以用滾壓法，猶如滾壓軸承大小環(huán)。

2.2粗車

粗車內(nèi)外環(huán)時，都需留有精車前的加工余量，此余量的大小視環(huán)簧尺寸大小而異。小環(huán)簧留得小，大環(huán)簧留得大，因為熱處理時簧越大，變形相對也大。各向的尺寸一般在0.20～2mm之間，角度可車出也可不車出。此角度β理論上在12°～20°之間選用，一般選用 β=14°～16°，視圖樣而定。

2.3熱處理

環(huán)簧熱處理一般采用淬火、回火工藝，D2≤140mm的小環(huán)簧建議用等溫?zé)崽幚砉に?，以獲得更佳的強韌性。對于大環(huán)簧，為使熱處理變形減小，可采用適當(dāng)掛具。

具體熱處理制度視材質(zhì)而異，環(huán)形彈簧常用材料是60Si2MnA和50CrVA彈簧鋼，由于環(huán)形彈簧毛坯都是經(jīng)過鍛造的，所以必須進行淬火回火處理。

淬火就是把鋼加熱到臨界溫度 AC3或Ac以上保溫一段時間，使其完成奧氏體化再以適當(dāng)溫度冷卻，從而獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理方法。上述兩種鋼種的加熱和冷卻時的臨界點見表1。

表1環(huán)形彈簧常用彈簧鋼加熱和冷卻時的臨界點（單位：℃ ）

因此，60Si2MnA淬火溫度選用（850～880）℃入池淬火；50CrVA淬火溫度選用830～850℃入池淬火。淬火爐選用鹽浴爐為佳。淬后硬度應(yīng)為＞58～60HRC。

環(huán)形彈簧回火是將淬火后的環(huán)形彈簧重新加熱到低于 Ac1的某個選定溫度，并保溫一段時間，然后以適宜的冷卻速度冷卻，其目的是獲得所需的力學(xué)性能，穩(wěn)定環(huán)形彈簧的組織和尺寸以及消除內(nèi)應(yīng)力。環(huán)形彈簧回火后的硬度一般為45～50HRC。

環(huán)形彈簧淬火時宜在鹽浴爐中進行，可以不用夾具，因為淬火尺寸已經(jīng)考慮到淬回火后的粗加工所需余量?；鼗鹂稍诰綘t中進行，回火后應(yīng)立即在水中冷卻，回火溫度選用400～500℃，回火保溫時間視環(huán)形彈簧最大厚度考慮。t≤10m）mm的保溫時間不低于60min，t≥10mm的保溫時間不低于90min。

環(huán)形彈簧淬火后應(yīng)立即回火，以避免由于內(nèi)應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋，淬火與回火之間的時間相隔不宜超過4h。

2.4精車

環(huán)形彈簧熱處理后進入精車工序，精車最好在數(shù)控車床上進行?？梢员ＷC圓環(huán)的圓錐半角。β是圓環(huán)的重要幾何參數(shù)，它決定環(huán)形彈簧的剛度。β小，剛度小，若 β<p （摩擦角）將產(chǎn)生自鎖，即不能回彈；β大，剛度大，按照圖樣精車此角。

2.5強壓處理

環(huán)形彈簧必須進行強壓處理，處理時應(yīng)將內(nèi)環(huán)、外環(huán)和端環(huán)按圖樣要求配制，彈簧試驗時，變形量

式中 n-環(huán)形彈簧圓錐接觸面對數(shù)；

δ０-彈簧外圓環(huán)間的軸向間距；

δｍｉｎ-彈簧圓環(huán)間在工作極限位置應(yīng)保留的最小間距。

彈簧圓環(huán)間在工作極限位置應(yīng)保留的最小間距，一般應(yīng)使 δmin≥1mm，直徑較大或加工精度較低時，最小間距應(yīng)取大些。一般精度較低時可取 δmin≈D/50；精度較高時取 δmin≈D/100。強壓時，兩側(cè)應(yīng)置放限高塊。

2.6特性測試

環(huán)形彈簧的各部幾何尺寸檢驗合格后，都必須測試其力學(xué)性能。測試前各接觸面需加入潤滑劑，常用的潤滑劑為石墨、固態(tài)MoS2或其他潤滑脂。其力學(xué)性能不但與幾何尺寸有關(guān)，更與摩擦面的加工工藝有關(guān)，接觸面未經(jīng)精加工，在重載條件下摩擦系數(shù) fu=0.16、p=9°；接觸面經(jīng)精加工在重載荷條件下摩擦系數(shù) fu=0.15、p=8°30'；當(dāng)接觸面經(jīng)精加工在輕載荷條件下摩擦系數(shù) fu=0.12、ρ=7°。圖5給出了不同條件下，環(huán)形彈簧的特性曲線。

環(huán)形彈簧在一個加載和卸載循環(huán)中的特性曲線為OABO，如果沒有摩擦力的作用下，則應(yīng)為OC，卸載時，特性曲線由B點開始，而不是由E點，這是由于摩擦使彈簧彈性滯后引起的特性曲線。由于環(huán)形彈簧有其較大摩擦功的損耗，所以O(shè)A加載曲線測到位后卸載會有不同的曲線，這主要決定于環(huán)間摩擦系數(shù)所致。

表2是常用環(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)尺寸，可供設(shè)計、制造時參考。

表2常用環(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)尺寸