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第2版前言1

第1版前言1

弹簧常用符号和单位1

第1章 总论1

1 弹簧的基本性能1

1.1 弹簧的特性线和刚度1

1.2 弹簧的变形能2

1.3 弹簧的自振频率4

1.4 弹簧系统受迫振动的振幅5

2 弹簧的类型6

2.1 圆柱螺旋弹簧6

2.2 非圆柱螺旋弹簧8

2.3 其他类型弹簧10

3 弹簧技术发展现状14

3.1 弹簧设计的发展15

3.2 弹簧材料的发展16

3.3 弹簧加工技术的发展18

3.4 弹簧的强化工艺技术19

3.5 弹簧的表面保护工艺20

4 我国弹簧的标准化20

5 国外弹簧标准化22

第2章 弹簧的材料26

1 概述26

1.1 常用弹簧金属材料的技术标准26

1.2 常用弹簧金属材料的基本力学性能26

2 弹簧钢34

2.1 弹簧钢的牌号和性能36

2.2 超纯净弹簧钢40

2.3 弹簧用不锈钢41

3 热轧弹簧线材和型材41

3.1 热轧弹簧圆钢41

3.2 热轧弹簧扁钢41

3.3 热轧梯形弹簧钢43

4 冷拔弹簧线材和型材44

4.1 非机械弹簧用碳素弹簧钢丝45

4.2 碳素弹簧钢丝46

4.3 重要用途碳素弹簧钢丝48

4.4 琴钢丝51

4.5 特殊用途碳素弹簧钢丝53

4.6 合金弹簧钢丝53

4.7 阀门用铬钒弹簧钢丝56

4.8 镀锌碳素弹簧钢丝57

4.9 弹簧垫圈用梯形钢丝57

5 油淬火回火弹簧钢丝和感应淬火回火弹簧线材59

5.1 油淬火回火弹簧钢丝59

5.2 内燃机用扁钢丝64

5.3 渗氮型阀门用铬硅合金油淬火回火钢丝65

5.4 模具弹簧用热处理线材66

6 弹簧钢钢带6

6.1 弹簧钢、工具钢冷轧钢带66

6.2 热处理弹簧钢带69

7 弹簧用不锈钢冷拔钢丝和冷轧钢带72

7.1 弹簧用不锈钢冷拔钢丝72

7.2 弹簧用不锈钢冷轧钢带74

8 弹簧用弹性合金材料79

8.1 高弹性合金79

8.2 弹性元件用合金79

9 弹簧用铜合金及镍合金81

9.1 青铜线83

9.2 白铜线83

9.3 铍青铜线84

9.4 镍铜合金线84

9.5 镍线85

9.6 铝青铜带85

9.7 锡青铜带86

9.8 铝白铜带87

9.9 锌白铜带88

9.10 镍及镍合金带88

10 弹簧用其他特殊合金材料88

10.1 高速工具钢丝88

10.2 耐高温弹性合金89

10.3 耐低温弹簧用镍合金90

10.4 金属陶瓷材料90

10.5 记忆合金材料90

11 非金属弹簧材料91

11.1 聚氨酯类91

11.2 橡胶类91

11.3 塑料类93

11.4 碳纤维等特种材料97

12 弹簧材料选择的原则97

12.1 弹簧材料选择的基本原则97

12.2 弹簧材料选择的依据97

12.3 弹簧材料选择常用方法和参考资料98

第3章 冷成形螺旋弹簧的制造技术109

1 概述109

1.1 弹簧制造业的类型109

1.2 弹簧制造工艺卡的编制109

1.3 冷成形弹簧的制造111

2 冷成形弹簧的常用材料112

3 冷成形弹簧的制造工艺112

4 有心轴卷制弹簧113

4.1 心轴直径的计算11

4.2 影响有心轴卷制弹簧尺寸精度的因素114

4.3 圆柱螺旋压缩弹簧的有心卷制116

4.4 圆柱螺旋拉伸弹簧的有心卷制117

4.5 圆柱螺旋扭转弹簧的有心卷制117

4.6 圆锥、中凸和中凹形等变径螺旋弹簧的有心卷制118

5 自动卷簧机卷制弹簧（无心轴卷制弹簧）119

5.1 自动卷簧机工作原理119

5.2 自动卷簧机的缺点122

6 自动数控卷簧机123

7 弹簧的去应力退火125

8 弹簧的端面磨削126

8.1 弹簧端面磨床及磨簧工艺127

8.2 弹簧端面磨削应注意事项129

9 弹簧的校正工艺129

10 螺旋拉伸和扭转弹簧的制造130

10.1 半机械半手工制造130

10.2 自动数控弹簧成形机131

11 弹簧加工的工艺装置133

11.1 弹簧工艺装置的设计方法和步骤133

11.2 弹簧工艺装置的设计注意事项和技术参数134

11.3 弹簧典型工艺装置示例135

第4章 热成形螺旋压缩弹簧的制造技术144

1 热成形压缩弹簧的端部结构形式144

2 坯料准备145

2.1 坯料长度的估算145

2.2 坯料切断方法145

3 端部制扁146

3.1 扁端形状和尺寸146

3.2 制扁的加热148

3.3 制扁方法148

3.4 制扁缺陷150

4 卷制前加热151

5 弹簧坯料的加热装置153

6 弹簧的卷制15

6.1 弹簧的卷制方法和卷制设备155

6.2 卷簧心轴和预制高度的确定158

7 弹簧端面加工与磨削设备159

8 弹簧卷制的缺陷及其预防161

第5章 弹簧的热处理和强化处理168

1 弹簧的热处理工艺168

1.1 弹簧的去应力退火（俗称定型回火）168

1.2 弹簧的淬火和回火169

1.3 弹簧的时效强化处理173

1.4 弹簧的热处理设备174

1.5 碳素弹簧钢的热处理176

1.6 合金弹簧钢的热处理177

1.7 不锈钢的热处理179

1.8 铜合金的热处理180

1.9 高温弹性合金和钦合金的热处理181

1.10 弹簧的其他热处理182

2 弹簧的立定（稳定化）处理183

3 弹簧的强压处理184

4 弹簧的喷丸处理186

4.1 喷丸的类型187

4.2 弹丸189

4.3 喷丸设备191

4.4 喷丸技术要求191

第6章 弹簧表面的处理193

1 概述193

2 弹簧表面的预处理194

2.1 弹簧表面的去油和去锈处理194

2.2 弹簧表面的去铜处理198

3 弹簧表面的氧化处理198

3.1 氧化处理溶液的配方和配制198

3.2 弹簧表面碱性氧化处理的工艺规范199

3.3 弹簧表面氧化处理常见问题的分析200

3.4 弹簧表面的常温氧化处理201

3.5 弹簧表面氧化处理的质量检验202

4 弹簧表面的磷化处理202

4.1 磷化溶液的配方、配制及调整203

4.2 弹簧表面磷化处理的工艺规范204

4.3 弹簧表面磷化处理常见问题的分析205

4.4 弹簧表面磷化膜的质量检验205

5 弹簧表面的金属防护206

5.1 弹簧表面常用电镀层的性质206

5.2 弹簧表面电镀锌工艺规范206

5.3 去氢和钝化处理207

5.4 锌铬涂层（达克罗）工艺规范208

6 弹簧表面的非金属防护层208

6.1 弹簧表面用油漆的种类208

6.2 弹簧表面油漆的方法209

6.3 弹簧表面常用的浸漆工艺209

7 弹簧表面的光饰（整）处理210

8 弹簧表面处理的质量检验210

第7章 弹簧的检测和试验212

1 概述212

2 弹簧材料的检验213

2.1 弹簧材料表面质量的检验213

2.2 弹簧材料力学性能的检验214

2.3 弹簧材料金相组织的检验215

2.4 弹簧材料化学成分的检验216

3 弹簧的检测216

3.1 弹簧尺寸的检测216

3.2 圆柱螺旋弹簧特性的检测224

3.3 弹簧外观检测231

3.4 弹簧磨削端面表面粗糙度检测231

3.5 弹簧热处理和表面处理质量的检测232

3.6 弹簧喷丸质量的检测235

3.7 弹簧的无损检测240

3.8 弹簧清洁度检测244

3.9 弹簧残余应力检测245

4 弹簧试验245

4.1 弹簧疲劳和松弛试验245

4.2 圆柱螺旋弹簧立定及永久变形的试验247

4.3 弹簧振动试验248

4.4 弹簧的冲击试验248

第8章 弹簧的疲劳强度249

1 变应力的类型和特性249

2 弹簧的疲劳失效251

3 疲劳曲线（S-N曲线）253

4 影响弹簧疲劳强度的因素254

5 弹簧的疲劳试验255

6 疲劳试验数据的处理258

7 极限应力图及其绘制方法266

8 弹簧安全系数的计算271

9 受稳定变应力螺旋压缩弹簧的最佳设计原则272

10 受不稳定变应力弹簧的计算准则273

11 断裂力学在弹簧设计中的应用简介276

第9章 圆柱螺旋弹簧的基本理论280

1 圆柱螺旋弹簧的几何参数280

2 圆柱螺旋弹簧的受力分析281

3 圆柱螺旋弹簧的应力分析284

4 圆柱螺旋弹簧的变形分析287

5 圆柱螺旋弹簧的稳定性296

5.1 圆柱螺旋压缩弹簧的稳定性296

5.2 圆柱螺旋扭转弹簧的稳定性300

6 圆柱螺旋弹簧的自振频率30

7 弹簧受冲击载荷作用时的应力和变形分析30

第10章 圆柱螺旋压缩弹簧309

1 圆柱螺旋压缩弹簧的特性309

2 圆柱螺旋压缩弹簧的结构310

2.1 圆柱螺旋压缩弹簧的结构形式和参数计算310

2.2 圆柱螺旋压缩弹簧的典型图样313

3 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的许用应力314

4 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算316

4.1 圆柱螺旋压缩弹簧的基本计算公式316

4.2 圆形截面材料的圆柱螺旋压缩弹簧316

4.3 矩形截面材料的圆柱螺旋压缩弹簧317

4.4 方形截面材料的圆柱螺旋压缩弹簧320

4.5 扁形截面材料的圆柱螺旋压缩弹簧320

4.6 圆柱螺旋压缩弹簧的计算公式321

5 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算方法322

5.1 应用基本公式设计计算方法322

5.2 弹簧直径D（或D1、D2）为定值时的设计计算方法325

5.3 弹簧为最小质量、或最小体积、或最小自由高度的设计计算方法326

5.4 弹簧的图解设计方法327

5.5 矩形和圆形截面材料压缩弹簧的比较选择计算方法330

6 大螺旋角圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算32

6.1 圆形截面材料螺旋压缩弹簧332

6.2 矩形截面材料螺旋压缩弹簧333

7 圆柱螺旋压缩弹簧受振动载荷时的设计计算334

8 强压处理的圆柱螺旋弹簧的设计计算336

9 受轴向和径向载荷作用的圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算337

9.1 螺旋弹簧的径向刚度337

9.2 螺旋弹簧的径向稳定性338

9.3 螺旋弹簧的切应力338

10 圆柱组合螺旋压缩弹簧的设计计算339

10.1 等变形并列式组合压缩弹簧339

10.2 不等变形并列式组合压缩弹簧341

10.3 直列式组合压缩弹簧343

11 圆柱螺旋弹簧的优化设计计算344

12 圆柱螺旋弹簧的可靠性设计计算348

12.1 弹簧的概率设计349

12.2 可靠性设计中的均值和标准离差350

13 圆柱螺旋压缩弹簧的调整结构35

第11章 圆柱螺旋拉伸弹簧371

1 圆柱螺旋拉伸弹簧的特性371

2 圆柱螺旋拉伸弹簧的结构设计372

3 圆柱螺旋拉伸弹簧的设计计算37

4 圆柱螺旋拉伸弹簧的拉力调整结构377

第12章 圆柱螺旋扭转弹簧386

1 圆柱螺旋扭转弹簧的特性386

1.1 扭转弹簧的基本几何参数和特性386

1.2 扭转弹簧的试验扭矩和试验扭矩下的变形角386

2 圆柱螺旋扭转弹簧的结构设计386

2.1 扭转弹簧的结构形式386

2.2 扭转弹簧的结构参数计算388

3 圆柱螺旋扭转弹簧的许用弯曲应力389

4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算公式390

4.1 圆形截面材料扭转弹簧的设计计算391

4.2 矩形截面材料扭转弹簧的设计计算391

4.3 椭圆形截面材料扭转弹簧的设计计算392

4.4 扭转弹簧的疲劳强度校核392

4.5 扭转弹簧的简易计算法394

4.6 组合扭转弹簧的设计计算396

5 圆柱螺旋扭转弹簧的安装示例397

第13章 非圆形弹簧圈螺旋弹簧401

1 矩形和方形弹簧圈螺旋压缩弹簧401

1.1 矩形弹簧圈弹簧的几何尺寸关系401

1.2 矩形弹簧圈弹簧的设计计算401

2 椭圆形弹簧圈螺旋压缩弹簧405

2.1 椭圆形弹簧圈弹簧的几何尺寸关系405

2.2 椭圆形弹簧圈弹簧的设计计算406

3 卵形弹簧圈螺旋压缩弹簧406

3.1 卵形弹簧圈弹簧的几何尺寸关系406

3.2 卵形弹簧圈弹簧的设计计算407

第14章 非线性特性线螺旋弹簧410

1 不等节距圆柱螺旋压缩弹簧410

2 截锥螺旋压缩弹簧413

2.1 截锥螺旋压缩弹簧的几何尺寸413

2.2 截锥螺旋压缩弹簧的变形和强度计算415

2.3 截锥螺旋压缩弹簧变形和强度计算公式418

3 中凹和中凸形螺旋弹簧422

3.1 等螺旋角中凹形螺旋弹簧开始有弹簧圈接触后的变形与强度计算423

3.2 等节距中凹形螺旋弹簧开始有弹簧圈接触后的变形与强度计算423

3.3 等应力中凹形螺旋弹簧开始有弹簧圈接触后的变形与强度计算424

4 截锥涡卷螺旋弹簧424

4.1 等螺旋角截锥涡卷螺旋弹簧开始有弹簧圈接触后的变形与强度计算425

4.2 等节距截锥涡卷螺旋弹簧开始有弹簧圈接触后的变形与强度计算426

4.3 等应力截锥涡卷螺旋弹簧开始有弹簧圈接触后的变形与强度计算426

4.4 截锥涡卷螺旋弹簧变形和强度计算公式427

第15章 扭杆弹簧434

1 扭杆弹簧的结构、类型和用途434

2 扭杆弹簧的载荷计算435

3 扭杆弹簧的变形和应力计算436

3.1 圆形截面扭杆弹簧的变形和应力计算436

3.2 矩形和方形截面扭杆弹簧的变形和应力计算437

4 扭杆弹簧的端部结构和有效工作长度441

5 扭杆弹簧的材料和许用应力442

6 扭杆弹簧的制造和检验442

7 稳定杆445

第16章 多股螺旋弹簧448

1 多股螺旋弹簧的类型与特性448

2 无中心股多股螺旋压缩弹簧449

2.1 无中心股多股螺旋压缩弹簧及钢索结构449

2.2 无中心股多股螺旋压缩弹簧的设计计算452

2.3 无中心股多股螺旋压缩弹簧的几何尺寸系列455

3 有中心股多股螺旋压缩弹簧455

3.1 有中心股多股螺旋压缩弹簧的钢索结构455

3.2 有中心股多股螺旋压缩弹簧的设计计算456

4 多股螺旋扭转弹簧459

5 多股螺旋弹簧的材料和许用应力的选取460

6 多股螺旋弹簧的制造工艺460

7 多股螺旋弹簧的试验和检验462

第17章 碟形弹簧466

1 碟形弹簧的类型与结构466

1.1 普通碟形弹簧的结构467

1.2 碟形弹簧的特点471

2 碟形弹簧的载荷与变形关系472

2.1 无支承面碟形弹簧的载荷与变形关系472

2.2 有支承面碟形弹簧的载荷与变形关系477

2.3 碟形弹簧的刚度和变形能478

2.4 碟形弹簧的特性曲线478

3 碟形弹簧的应力计算479

3.1 碟形弹簧的应力计算公式479

3.2 碟形弹簧实际应力的分布情况481

4 碟形弹簧的强度和许用应力481

5 碟形弹簧的设计483

5.1 标准碟形弹簧的选择483

5.2 非标准碟形弹簧的设计484

6 组合碟形弹簧485

6.1 碟形弹簧的组合方式和特性485

6.2 摩擦力对组合碟形弹簧特性的影响487

6.3 组合碟形弹簧设计中应注意的问题487

7 碟形弹簧的制造488

7.1 碟形弹簧材料的选择488

7.2 碟形弹簧的技术要求488

7.3 碟形弹簧典型制造工艺490

7.4 碟形弹簧的典型工作图491

8 其他类型碟形弹簧计算简介496

8.1 梯形截面碟形弹簧计算公式496

8.2 锥状梯形截面碟形弹簧计算公式497

8.3 圆板弹簧497

8.4 变厚度圆板弹簧498

8.5 开槽碟形弹簧（膜片弹簧）499

8.6 螺旋碟形弹簧502

8.7 波形垫圈和波形圆柱弹簧503

第18章 环形弹簧506

1 环形弹簧的结构和特性506

2 环形弹簧的设计计算507

2.1 环形弹簧的受力分析507

2.2 环形弹簧外圆环的应力计算507

2.3 环形弹簧内圆环的应力计算509

2.4 环形弹簧的变形计算510

2.5 环形弹簧的变形能511

2.6 环形弹簧的试验载荷和试验载荷下的变形511

2.7 环形弹簧的结构参数计算511

3 环形弹簧的材料和许用应力513

4 环形弹簧的制造和技术要求513

5 环形弹簧结构参数荐用值514

6 切口弹簧514

第19章 片弹簧、线弹簧和弹性挡圈519

1 片弹簧519

1.1 直片弹簧的计算520

1.2 弯片弹簧的计算524

1.3 变刚度片弹簧的计算528

1.4 受轴向和横向载荷作用的片弹簧的计算529

1.5 片弹簧的结构和应力集中529

1.6 片弹簧的材料和许用应力530

2 线弹簧531

2.1 圆弧形线弹簧的计算531

2.2 圆弧和直线构成的线弹簧的计算532

2.3 Z形线弹簧532

3 弹性挡圈533

第20章 板弹簧536

1 板弹簧的类型和用途536

2 板弹簧的结构537

2.1 弹簧钢板的截面形状537

2.2 主板端部结构537

2.3 副板端部结构538

2.4 板弹簧的固定结构539

3 单板弹簧的计算540

4 多板弹簧的计算541

4.1 多板弹簧主要形状尺寸参数的选择541

4.2 多板弹簧的展开计算法542

4.3 多板弹簧的共同曲率计算法545

4.4 多板弹簧的集中载荷计算法545

5 变刚度和变截面板弹簧的计算550

5.1 变刚度板弹簧的计算550

5.2 梯形变截面板弹簧的计算552

5.3 抛物线形变截面板弹簧的计算554

6 板弹簧的扭转刚度55

7 板弹簧设计时应考虑的事项556

8 板弹簧的材料、强化技术、许用应力557

9 技术要求55

9.1 尺寸及偏差558

9.2 性能要求559

9.3 工艺要求559

10 静载荷的检验和试验560

11 疲劳试验562

11.1 试验装置及支承与夹持方法562

11.2 试验方法562

11.3 疲劳试验载荷的比应力计算方法562

12 试验记录及报告564

第21章 平面涡卷弹簧565

1 平面涡卷弹簧的结构、特点和用途56

2 平面涡卷弹簧的变形和刚度计算公式565

2.1 非接触形平面涡卷弹簧的变形和刚度计算公式565

2.2 接触形平面涡卷弹簧的变形和刚度计算公式568

3 平面涡卷弹簧的设计计算569

3.1 平面涡卷弹簧的基本计算公式569

3.2 非接触形平面涡卷弹簧的设计计算569

3.3 接触形平面涡卷弹簧的设计计算570

3.4 平面涡卷弹簧设计时应注意的问题572

4 定载荷和定扭矩平面涡卷弹簧572

5 平面涡卷弹簧的材料、制造和许用应力573

6 平面涡卷弹簧的端部固定形式573

7 技术要求574

8 试验方法和检验规则57

8.1 试验方法575

8.2 检验规则576

第22章 膜片及膜盒579

1 膜片及膜盒的类型和特性579

1.1 膜片及膜盒的类型579

1.2 膜片的特性曲线580

1.3 膜盒的特性设计582

2 膜片的设计计算582

2.1 平面膜片特性计算582

2.2 位移与压力成线性关系的波纹膜片583

2.3 位移与压力成非线性关系的波纹膜片583

2.4 按照给定的特性曲线计算膜片587

2.5 波纹膜片有效面积的计算587

2.6 膜片的牵引力588

3 膜片的材料588

第23章 压力弹簧管591

1 压力弹簧管的类型和特性591

1.1 压力弹簧管的类型591

1.2 压力弹簧管的特性592

2 压力弹簧管的设计计算594

2.1 承受低压的单圈薄壁弹簧管的计算594

2.2 承受高压的单圈厚壁弹簧管的计算595

2.3 异形截面弹簧管的计算596

2.4 螺旋和平面涡卷弹簧管的计算597

3 压力弹簧管的材料597

第24章 橡胶弹簧599

1 橡胶弹簧的类型和弹性特性599

1.1 橡胶弹簧的类型599

1.2 橡胶弹簧的变形计算599

2 橡胶弹簧的静刚度计算601

2.1 圆柱形橡胶弹簧601

2.2 圆环形橡胶弹簧602

2.3 矩形橡胶弹簧602

2.4 端部带圆角的橡胶弹簧603

2.5 截锥形橡胶弹簧604

2.6 空心圆锥橡胶弹簧605

2.7 衬套式橡胶弹簧606

2.8 组合式橡胶弹簧607

2.9 衬套式橡胶弹簧挤缩加工的影响608

2.10 橡胶弹簧的相似法则608

3 橡胶弹簧的动态力学性能609

4 橡胶弹簧的压缩稳定性610

5 橡胶弹簧的许用应力611

6 橡胶弹簧的设计611

6.1 橡胶弹簧材质的选择611

6.2 橡胶弹簧的形状和结构设计612

7 橡胶弹簧的性能试验613

7.1 硬度试验613

7.2 粘结性能试验613

7.3 静特性试验613

7.4 动特性试验614

7.5 振动疲劳试验614

8 橡胶-金属螺旋复合弹簧614

8.1 橡胶-金属螺旋复合弹簧的结构形式及代号614

8.2 橡胶-金属螺旋复合弹簧尺寸系列615

8.3 橡胶-金属螺旋复合弹簧的计算公式616

第25章 空气弹簧617

1 空气弹簧的特点617

2 空气弹簧的结构和类型617

3 空气弹簧的刚度计算619

3.1 空气弹簧的垂直刚度620

3.2 空气弹簧的横向刚度621

4 空气弹簧的减振阻尼624

4.1 空气弹簧的力学模型624

4.2 空气弹簧的频率和阻尼625

4.3 节流孔的最佳直径627

5 空气弹簧的试验方法630

6 气弹簧632

6.1 不可锁定气弹簧633

6.2 可锁定气弹簧634

第26章 弹簧的失效及预防65

1 概论65

1.1 弹簧失效的定义及危害性635

1.2 弹簧的失效分析及其意义636

1.3 弹簧失效模式的基本类型637

2 弹簧的疲劳断裂失效及预防644

2.1 弹簧（材料）的疲劳强度及其影响因素644

2.2 弹簧的疲劳断裂规律及其判据650

2.3 弹簧的疲劳寿命预测及预防654

3 弹簧的应力松弛失效及预防656

3.1 弹簧（材料）应力松弛失效现象及其主要特性指标656

3.2 应力松弛机理及其应用661

3.3 应力松弛性能曲线及其影响因素665

4 弹簧失效分析及预防案例671

4.1 AM500采煤机主泵马达弹簧的失效分析及预防671

4.2 安全阀弹簧的疲劳失效分析672

4.3 汽车气门弹簧的失效分析及预防673

4.4 平面涡卷弹簧的失效分析及预防674

附录 国内弹簧生产企业介676

参考文献692