弹簧
弹簧是机械元件的基本组之一，包括紧固件、轴承、衬套等。 弹簧用于许多在部件之间具有内置相对运动的机械系统。
弹簧技术信息
由于运动在大多数情况下与机械系统的主要功能有关，因此弹簧是整个功能的重要组成部分。
“It won’t do a thing, if it ain’t got that spring”, if we paraphrase one of Duke Ellingtons hits. (如果我们转述 Duke Ellingtion 的话: “如果没有弹簧，它就不会做任何事情。” )
弹簧可以有许多几何形状。弹簧 是一种在机械负载下弹性变形的部件，弹性变形和负载之间的关系很重要。
载荷和偏转之间的关系称为弹簧特性或弹簧速率。 当机械系统开发并需要弹簧功能时，我们定义了对载荷与变形关系的要求。
弹簧的类型及其几何形状是根据弹簧函数可用的几何空间以及考虑可靠性和成本来选择的。 有一些弹簧类型已被证明是实现某些弹簧功能的成本和空间有效的方法。 螺旋线圈弹簧、圆盘弹簧和波弹簧通常用于轴向压缩载荷，每个弹簧都有自己的力-偏转关系范围，提供空间内有效的解决方案。
旋转偏转类似，其中滑轮旋转弹簧、时钟弹簧、旋转杆或动力弹簧各有其最佳的扭矩-偏转关系范围。 但是，具有内置弹簧功能的组件实际上可以具有任何形状。 电线和板材可以形成复杂的形状，许多这样的组件有一个多个功能，其中只有一个是弹簧功能。
线成型零件
只要可以制造，线成型零件可以具有任何类型的几何形状。 它们通常具有集成的弹簧功能，但其他功能（如在装配过程中锁定其他部件）集成在同一线零件中。 弹簧功能可以相对简单，很少连接到其他部件的组装和拆卸。
材料中弹簧功能的应力模式通常是弯曲。 由于几何和边界条件通常很复杂，因此负载偏转特性通常需要确定 FE-分析。 但是，在大多数情况下，线成型的设计是客户和技术人员讨论的结果，通常是提供不同线径尺寸的样品，以确定哪种尺寸具有正确的负载偏转特性，或者提供所需的”感觉”。
（螺旋形的）压缩弹簧
有几个不同类型的弹簧，当轴向长度减小时，力增加，但半轴压缩弹簧是最常见的弹簧类型，因此通常被称为”压缩弹簧”。 此外，在组级压缩弹簧中，还有各种几何形状。 所有常见的情况是，导线形成螺旋形状，其中线圈半径和俯仰可能因线圈位置而异。 负载被引入到末端线圈的弹簧中，通常闭合，这意味着两端的俯仰角尽可能减小。 在大多数情况下，弹簧的末端是磨的，这中心和弹簧中的负载，并给出线圈的对称偏转。
最常见的是线性圆柱形压缩弹簧，其线圈直径恒定。 除了闭合端线圈外，音高也是恒定的。 圆柱形渐进式压缩弹簧在弹簧的不同部分采用不同的间距设计。 圆锥形压缩弹簧通常设计用于将压缩到等于导线直径的高度。 负载-偏转特性通常是渐进的，但间距可以变化，以给出接近线性负载-偏转的关系。 线圈直径也可以如给出一个桶或一个小时玻璃形状，这给出了在某些应用中所需的属性。
弹簧嵌套是最小化弹簧功能所需空间的一种方式。 设计两个或三个压缩弹簧以相互配合，这意味着弹簧内径的空间也使用。 线圈方向在弹簧之间左右交替。
圆形线横截面占主导地位，但它也可以是方形的，矩形的，椭圆形的…压缩弹簧的轴向偏转在导线的横截面中发出扭转应力。 只要负载轴向，使用半分析方法，理论上可以使用所有类型的利力压缩弹簧进行处理。 对其他偏转模式进行详细分析需要非线性FE分析。
弹簧尖齿
弹簧尖齿在农业中应用后有其名誉，用于土壤处理或干草收获。 从弹簧的角度来看，它们具有长腿的躯体弹簧的形状作为显著特征。 大多数弹簧片是双躯干弹簧，这意味着每个弹簧体有两个盘绕弹簧体（一个右手和一个左手）。
在弹簧设计中，需要考虑负载是由点负载引起的腿尖的线性偏转，而不是旋转和扭矩。
弹簧暴露在高度动态的负载下。 负载频谱本质上是不可预知的，因此需要考虑到最大动态负载周期和安全裕量进行设计。
圆环
圆环是用于在轴向锁定零部件的环。 它们在圆周方向上具有 270° 和 360° 之间的延伸，用于孔内组件或轴上的外部装配体。 它们需要满足的弹簧要求通常被限制为径向扩展或收缩到装配过程中所需的最大或最小直径。 这种膨胀或收缩需要在圆环的弹性工作范围内。
圆环末端的毛刺可能对由圆环保护的组件中的周围组件有害。 通过特殊的切割技术，可以最大限度地减少或完全去除毛刺。 盘绕后的应力缓解对于在装配过程中膨胀的圆环非常重要。 装配过程中的任何塑性变形都会导致锁定力损失。
扭力弹簧
滑轮弹簧用于旋转运动，在偏转时产生扭矩。 在许多应用中，此扭矩相当用作力，然后等于与操纵杆臂的扭矩，即力的动线与弹簧中心的垂直距离。 一些具有下形躯干形状的弹簧在理论上可能更好地被视为线形。
负载通过支柱引入弹簧体，可以具有多种形状。 然而，支柱的基本类型是切向的，径向的或轴向的。 切线支柱是最简单的，其中支柱只是沿着切线在盘绕弹簧体结束点。 径向支柱是向内径向或向外径。 切线和径向支柱之间的任何方向当然也是可能的，因为支柱弯曲超过90°。 支柱部的多个弯曲也是可能和常见的。
对于所有旋转弹簧，将负载理想地作为扭矩而不是点力引入弹簧。 这意味着，如果支柱是固定的，偏转和应力在弹簧材料中分布更均匀。 与单力相比，双倍支柱的力具有更好的弹簧功能和寿命。
冷盘式躯体具有线圈的残余应力，如果与未缠绕方向相比，在上绕方向上工作，因此具有更高的弹性极限。 它们通常组装在马桶上（虽然如果正确固定了支柱，就没有必要），并且必须保证在上绕方向加载过程中直径减小不会由轴心阻止。 如果发生这种情况，支柱将是弹簧的唯一部分，可以偏转和过度加载的结果将导致弹簧失败。 如果轴向空间不足以增加长度，而长度是上绕方向负载增加的结果，也会发生同样的结果。
折弯弹簧中的材料在弯曲时应力。 在计算机程序中实现的分析方法通常用于预测扭矩偏转特性和应力。 这些方法基于以下假设：负载作为扭矩或联轴器引入，弯曲应力在弹簧中对称分布。 对于线圈和/或支柱的弹簧，支柱部具有很大部分偏转，因此必须在计算中对此进行考虑。
躯干条
躯干条是所有弹簧类型的几何形状最简单的形状。 躯干杆的有源部分是直线，两端可以弯曲 90，以便向躯干杆传输扭矩。 弹簧速率仅取决于导线的长度、材料坡度和横截面。
如果需要最小化径向尺寸，但轴向有可用空间，则这种类型的躯干弹簧非常合适。
延伸弹簧
延伸弹簧是螺旋弹簧，其力随长度增加而增加。 从应力分析的角度来看，它们与水平压缩弹簧非常相似。 然而，相反的装载方向需要一些区分功能。
延伸弹簧的末端需要传输扩展力。 两端最常见的解决方案是将弹簧端的导线弯曲为适合的形状。 这可以是一个开钩或闭环，它可以被放置在沿弹簧轴的中心力或有它出中心，循环的高度和直径可以在制造范围内变化。
如果弹簧用于具有许多负载周期的动态应用，这种扩展弹簧中的集成端通常成为链条中最薄弱的环节。
这是因为挂钩所需的折弯中应力集中和不利的残余应力分布。 对于高度动态的应用，需要在设计中考虑这一点，但通常使用具有独立端部接头的解决方案，而不是设计具有挂钩生存所需的低应力水平的完整弹簧。
线圈通常缠绕紧固，具有初始张力。 当外力大于初始张力时，弹簧首先开始偏转。 与无初始张力的弹簧相比，初始张力可缩短弹簧的安装长度。 在盘绕后变硬和回火的延长弹簧中，无法进行初始张力。 还有一些弹簧要求有利于延长弹簧，没有初始张力和线圈之间的间隙。
涡形弹簧
涡形弹簧用于压缩，由具有矩形横截面的材料制成。 材料被盘绕成圆锥形，线圈相互重叠。 在卷绕弹簧的压缩过程中，当需要吸收能量时，线圈和卷弹簧之间可能会发生相当大的摩擦。
大型卷弹簧以前用于铁路缓冲器，但在许多类似应用中已被环形弹簧所取代。
双卷弹簧位于花园分离器中，从 V 形空白盘绕形成围绕其轴向中心的弹簧。
材料主要在躯干中应力，但挥发弹簧的应力分布和理论处理相当复杂。
时钟弹簧
时钟弹簧也是躯干弹簧，如果我们考虑弹簧功能可用空间的形状，则时钟弹簧与躯干弹簧直接相反，因为我们通过增加线圈数量来增加时钟弹簧中的偏转，这意味着可用径向空间需要。 它们由具有矩形横截面的材料制成，该截面可以是扁平轧丝或冷轧带或热轧条。
负载通过支柱引入弹簧，通常 90 向内弯曲，该半径安装在轴的狭缝中。 对于外支柱，支柱形状可能有更多的变化。
至于螺旋躯干弹簧，通过与双倍支柱作用的力进行负载引入，与仅作为点力的负载引入相比，弹簧具有更好的行为和动态寿命。
时钟弹簧应用工作时，线圈之间没有任何接触，因此没有任何内部摩擦。 只有当负载以适当的方式引入弹簧时，即通过力联和而不是点力引入弹簧时，才可能实现此能力。 当偏转和线圈数量增加时，很难避免线圈之间的接触，我们逐渐走向与动力弹簧更相似的设计。
恒定力弹簧
恒定力弹簧是延伸弹簧，意思是力随长度而增加。 然而，力的增加非常小，因此命名恒定力弹簧。 它们由带状材料的紧密缠绕滑阀组成，该滑阀的弯曲半径在整个条带长度中保持不变。 弹簧组装，以便滑阀可以自由旋转 – 在轴上或在插槽中 – 和滑阀的外端被拉出时。
拉出外端所需的力来自扭矩平衡，而弯曲力矩需要从自然弯曲半径中拉直。 恒定力弹簧的最大力有最大限制，但它们可以成系列并联排列，以增加力和伸手。 组件也可以设计为使用弹簧作为压缩弹簧。
盘式弹簧
盘式弹簧（也称为 Belleville 弹簧）属于压缩弹簧类型。 它们的形状为轴向对称、孔状圆盘，其锥角在装有轴向力时会降低。 材料中的应力将是圆盘圆周方向的正常应力; 凸侧的压缩应力和凹面的拉伸应力。
在力高、偏转相对较小的应用中，盘式弹簧通常比水平压缩弹簧更具有替代性。 如果可用的径向空间较小，这也适用于圆盘弹簧。 盘式弹簧可用作单盘，但更常见的是堆叠。 堆叠可以是成系列的，这会增加偏转，也可以并行增加力。 也可以进行并行和串行堆叠。
盘式弹簧和盘式弹簧堆栈具有轻微减向力偏转特性，这意味着弹簧速率随偏转而降低。 这种效果的显著性主要取决于圆锥体高度和厚度之间的比率。
在 EN 16983 中，光盘弹簧尺寸是标准化的，通常通过堆叠标准化光盘找到具有所需弹簧特性的解决方案。 客户特定的尺寸也是可能的。 在 EN 16983 中，圆盘被分为三维系列，其中 Serie A 的锥形高度和厚度之间的比率较低，因此具有几乎线性力偏转特性。 在系列 C 和系列 B之间显然是两个递减光盘。 系列A是更硬的光盘 (高力和低偏转)，系列 C 正好相反。
EN 16983 光盘还根据材料厚度和制造工艺的相应要求分为三组。 第 1 组是厚度小于 1.25 mm 的圆盘，第 2 组厚度为 1.25 至 6 mm。 第 3 组是厚度超过 6 mm 的光盘。 从用户的角度来看，第 1 组和第 2 组非常相似。 第 3 组光盘在传输力的点具有扁平的接触面。 这是为了增加接触面积并降低光盘之间以及光盘与将力传输到光盘弹簧堆栈的部件之间的接触压力。 此扁平接触区域的宽度只有外径的 1/150 左右。 然而，它提高了弹簧速率，通过从厚度降低的材料制造圆盘来补偿。
动力弹簧
动力弹簧是用于具有大量工作转弯的平面螺旋弹簧的名称。 典型应用是缠绕电缆或安全带。 它们与时钟弹簧有相似之处，但线圈长度和线圈数量要大得多，内部摩擦在动力弹簧中是天然的，因为线圈彼此径向接触。
动力弹簧中的负载引入类似于时钟弹簧，最内侧线圈有径向向内侧支柱，作为最常见的设计。 外支柱可以设计更大的自由度，但固定的外端和负载通过力对联引入，在线圈和弹簧的最佳行为和动态寿命中提供对称的负载分布。
动力弹簧可以传统地盘绕或预应力。 预应力可增加扭矩输出，使设计具有多达 50 个工作转，而传统盘绕弹簧在 20 个工作圈左右具有限制。 然而，对于预应力弹簧来说，动态寿命较少。
我们通常在制造过程中将动力弹簧组装到其最终外壳中，或者用临时外壳将电弹簧交付到最终套管中。 动力弹簧应始终预装几圈，并且工作转弯数从此预加载位置计算。 预加载量取决于设计。 从预加载位置开始，扭矩转弯特性接近线性，最多到加载点，在内径周围所有条带紧绷伤和弹簧处于稳固位置之前，该加载点会留下几个转弯。
动力弹簧也可以用作电机弹簧，其中条带的外端位于第二轴周围。 如果条带与自由形状相反，则称为 B 电机。 不太常见的是 A 电机弹簧，其中条带的风向与自然形状相同。
波弹簧
波弹簧属于组压缩弹簧，其中力随长度减小而增加。 波弹簧由扁平轧丝制造，这意味着接近矩形横截面，但具有自然圆润的边缘。 材料被盘绕成具有指定直径和线圈数量的螺旋形状，但此外，导线的长度为波形。 波的形状接近正弦，每个线圈的波数通常为 3.5 或 4.5，但根据线圈直径可以具有其他值。 每个线圈的波数的十进制部分始终为 0.5，因为波尖应与下一个线圈的波谷相遇并接触。
波形弹簧是压缩弹簧类型的最佳选择，在适用于弹簧功能的空间具有圆环形状且径向方向非常窄且安装长度较小时需要相对较高的力。 波弹簧也可以在波的线圈制造，这没有死固定线圈和低安装长度。 平端线圈（闪闪发光）可降低接触压力，但每端增加一个固定线圈，从而增加安装长度。
波垫圈可以关闭或打开。 关闭波垫圈由板材或条带材料冲孔制造。
打开波垫圈通常以与波弹簧相同的方式从扁平轧制的导线上盘绕。
波弹簧和波垫圈中材料中的应力是弯曲应力。 每个波工作像一个光束，支持在接触点上。 因此，每个线圈的波数对弹簧速率有强烈的影响，弹簧速率随着每波线圈数的第四功率而增加。
卡特弹簧
卡特弹簧用于在圆形几何体上产生径向向力。 卡特弹簧是一个圆，通过连接直的螺旋弹簧的两端而创建。 选择直下半滑弹簧的尺寸，以实现圆形吊带弹簧所需的力-偏转特性。