弹簧的特性线和刚度
发布时间：2020-04-02 14:45:45来源：
弹簧的特性线大致有三种类型：
①直线型；②渐增型；③渐减型。
有些弹簧的特性线可以是以上两种或三种类型的组合，称为组合型特性线。如截锥涡卷弹簧的特性线加载起始一段为直线型，变形达到一定程度后特性线便成为渐增型。碟形弹簧的特性线，起始为渐减型，后为渐增型，整个特性线呈S形。又如环形弹簧的特性线，加载时为直线型，而卸载时则为渐增型。采用组合弹簧也可以得到组合的特性线，所示为两个不同高度的并列组合螺旋弹簧的特性线。加载开始只有一个弹簧承受载荷，所以特性线只是受载荷那个弹簧的特性线。当受载弹簧在载荷作用下变形到一定程度，另一个弹簧也开始承受载荷，这时特性线开始转变为两个弹簧受载的特性线，因而其斜率发生了变化。
载荷增量dF(或dT)与变形增量df(或d4)之比，即产生单位变形所需的载荷，称为弹簧的刚度，对于压缩和拉伸弹簧的刚度为：弹簧的刚度=载荷增量/变形增量。对于扭转弹簧来说刚度为：扭转刚度=载荷增量/变形增量
特性线为渐增型的弹簧，刚度随着载荷的增加而增大；而渐减型的弹黄，刚度随着载荷的增加而减小。至于直线型的弹簧，刚度则不随载荷变化而变化，即：
弹簧的刚度=载荷增量/变形增量=弹簧载荷/弹簧变形量=常数
扭转刚度=载荷增量/变形增量=扭矩/扭转变形角=常数
因此，对于具有直线型特性线的弹簧，其刚度也称为弹簧常数。单位力度使弹簧所产生的变形，即刚度的倒数称为弹簧的柔度。
弹簧的特性线对于设计和选择弹簧的类型起指导性的作用。截锥涡卷弹簧特性线上可以看到，当载荷达到一定程度时，弹簧的刚度急剧增加。由于这种特性，当弹簧受到过大载荷时，弹簧的变形增加的比较小，从而可以起到保护弹簧的作用。所以，具有这种特性线的弹簧适用于空间小、载荷大的情况。如空气弹簧带有高度控制阀，则其特性线为S形，这是车辆悬架装置的理想状态。因为这种曲线的中间区段的刚度比较低，而在拉伸和压缩行程的末了区段刚度逐渐增加。这样，可以保证车辆在正常运行时很柔软，而在通过坎坷的路面，空气弹簧被大幅度拉伸和压缩时，逐渐变硬，从而能限制车体的振幅。环形压缩弹簧或板弹簧的特性线，表明在加载与卸载过程中弹簧消耗了一部分摩擦功，或者说吸收了一部分能量。因此，具有这类特性线的弹簧，适用于减振和缓冲。
设计弹簧时，可用分析的方法计算出它们的特性线。但即使是最精确和最仔细的计算，其结果和实际的数值总有一定程度的差异，这是由于制成的弹簧不可避免地存在着一定的工艺误差，以及材料组织非绝对均匀性所造成的。所以，在设计弹簧时，如需要保证特性线的要求，必须经过试验，反复修改有关尺寸，最后达到所需要的特性线。
在设计非线性特性线弹簧时，有的要考虑静变形。静变形系指过特性线上任意点a，作切线与横坐标轴相交，其切点与a点在横坐标轴上投影的距离即变形量fs称为切点a对应载荷Fs的静变形。
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