弹簧作为广泛应用于机械、电子行业的弹性元件有很多种、不同的作用。由简单圆柱弹簧发展为复杂空气弹簧,每种弹簧在各自具体领域中都有着不可取代的地位。本文拟从形状,受力性质和材料几个维度对弹簧多样分类进行详细描述。
一、从形状上划分
弹簧形状不一,有螺旋弹簧,涡卷弹簧,板弹簧及异型弹簧几种。
1、螺旋弹簧:螺旋弹簧是众多弹簧中更为普遍的一类,基于其受到的力的特性,它可以进一步细分为拉伸弹簧(拉簧)、压缩弹簧(压簧)以及扭转弹簧。拉簧受轴向拉力的作用,通常采用圆截面材料,在没有载荷的情况下,圈间是紧并的;压簧主要用于承受方向上的压力,其材料的截面大多是圆形的,但也存在由矩形或多股钢制成的螺旋结构,这些通常被设计为等间距,并在工作过程中通过收缩和变形来储存能量;扭转弹簧是通过围绕簧体的中轴旋转力臂来储存和释放角能量的。
2、涡卷弹簧:涡卷弹簧因涡卷形状特殊而得名,有平面涡卷弹簧和锥形涡卷弹簧。这种弹簧被广泛地应用在要求储能大,放能慢的领域,例如汽车座椅调角器,货架变力发条。
3、板弹簧:板弹簧是用弹性板料加工而成,其外形多为平或弯,刚度大,承载能力强,常被用于汽车悬架和重型机械。
异型弹簧:异型弹簧是一种非标准形状的弹簧,它按具体需要而设计,有蝶形簧,蛇形簧和矩形簧,这些弹簧广泛应用于精密仪器和电子设备中。
二、从受力性质上划分弹簧
除按外形分类之外,又可按受力性质划分为拉伸弹簧,压缩弹簧,扭转弹簧,弯曲弹簧等。该分类方式更加注重弹簧的作用与使用。
1、拉伸弹簧:主要是用来承受轴向拉力的,例如弹簧秤上的弹簧是一种典型的拉伸弹簧。它是用弹性变形的方法对物体进行称重,结构简单,计量准确。
2、压缩弹簧:用来承受向压力的汽车减震器和门锁很普遍。压缩弹簧受外力作用后会收缩变形并储存形变能量,外力作用消失后可恢复到原来的状态,具有缓冲减震功能。
3、扭转弹簧:它是由绕簧体中轴转动的力臂工作的,例如钟表发条和汽车座椅的调角器。扭转弹簧可以储存并释放角能量以使设备自动复位或者传递动力。
4、弯曲弹簧:它主要应用于一些机械开关内弹簧片等控制机构运动轨迹。弯曲弹簧是利用弯曲变形达到控制该机构的目的,其灵敏度较高,反应迅速。
三、按照材料分类
弹簧也有很多种材质,有钢丝弹簧、钢板弹簧两大类型。
1、钢丝弹簧:它是用碳钢丝或者不锈钢丝加工而成,其强度和韧性都很高。钢丝弹簧按工作环境又可进一步细分成压簧,拉簧和扭簧几种。
2、钢板弹簧:采用碳钢带或者不锈钢带卷制而成,刚度大,承载能力强。钢板弹簧常用于汽车悬架和其它需承受很大负荷的情况。
四、还有一些新型弹簧
随着科学技术的发展,弹簧品种越来越广泛。例如空气弹簧等,利用空气可压缩性来达到弹性作用,在高档汽车悬架装置上被广泛使用,大大地提升汽车行驶平顺性与舒适性。另外,一些新型材料如碳纳米管弹簧和记忆合金弹簧也有较高性能及潜在应用价值。
总之,弹簧有很多种,每一种弹簧均有自己独特的性能与使用方法。由单纯的圆柱弹簧发展为复杂的空气弹簧、钢丝弹簧、钢板弹簧以及多种新型材料弹簧等,这些弹簧一起组成了机械、电子行业必不可少的弹性元件体系。弹簧在工业生产和日常生活中都起到了关键作用。