1环形弹簧的结构

1.1常见环形弹簧的结构

环形弹簧通常是由端环、外环和内环组成（见图1）。主要参数为弹簧的内径 D1外径 D2和自由高度。自由高度又是由单圈环簧的高度h、数量n、环间的轴向间距δ决定。还有一个主要的参数就是圆锥半角β，当β选取较小时，弹簧刚度较小，若β<p（摩擦角，一般7°~9°)，则卸载时产生自锁，即不能回弹复原。

ａ）自由状态 ｂ）受载荷状态

D1—弹簧的内径 Ｄ2—弹簧的外径H0—弹簧的自由高度δ0—弹簧外圆环之间的轴向间距

β—弹簧圆环的圆锥半角 δ—弹簧受载荷后外圆环的轴向间距 Ｈ—弹簧受载荷后的高度

常用环形弹簧结构尺寸见表2

1.2改进型环形弹簧的结构

改进型环弹簧的内外环截面作了一些调整，即轴向外环的外径和内环的内径不是一根直线，而改成了曲线（见图2）。这样截面积就减小，重量随之减轻，但又不影响内外环的摩擦力，既节约了资源又减轻了重量；也有单外环或单内环改变截面形状的。

2环形弹簧的制造工艺流程

环形弹簧规格繁多如表2所列，小自外径18mm，大至外径500mm左右。由于很难找到壁厚与外径相适应的无缝弹簧钢钢管，一般多用锻好的环坯进行制作，其工艺流程如图3所示。

2.1环形弹簧的毛坯制造

环形弹簧锻造毛坯如图4所示。环形弹簧的厚度与外径比一般很小，极易变形，为考虑成品精度，所以下料的内外径加工余量较大，一般都在单边5mm以上。锻造毛坯应成环形，按照毛坯尺寸再计算圆钢下料的长短。例如：当计算外环毛坯为 D1=499mm、d1=438.5mm、h1=82mm 的环簧毛坯选用多粗的圆钢下料，料长又为多少？

首先要计算出此批毛坯体积V

根据锻造比≥2的要求选用Φ200mm弹簧圆钢，则长度应为：

考虑下料损耗及锻造损耗，实际下料为（11.5x1.2）mm=14mm

环簧毛坯锻造不像碟簧毛坯下料，一定要使锻造比大于2：1。锻造环簧毛坯可以用模锻，也可以用滚压法，犹如滚压轴承大小环。

2.2粗车

粗车内外环时，都需留有精车前的加工余量，此余量的大小视环簧尺寸大小而异。小环簧留得小，大环簧留得大，因为热处理时簧越大，变形相对也大。各向的尺寸一般在0.20～2mm之间，角度可车出也可不车出。此角度β理论上在12°～20°之间选用，一般选用 β=14°～16°，视图样而定。

2.3热处理

环簧热处理一般采用淬火、回火工艺，D2≤140mm的小环簧建议用等温热处理工艺，以获得更佳的强韧性。对于大环簧，为使热处理变形减小，可采用适当挂具。

具体热处理制度视材质而异，环形弹簧常用材料是60Si2MnA和50CrVA弹簧钢，由于环形弹簧毛坯都是经过锻造的，所以必须进行淬火回火处理。

淬火就是把钢加热到临界温度 AC3或Ac以上保温一段时间，使其完成奥氏体化再以适当温度冷却，从而获得马氏体或贝氏体组织的热处理方法。上述两种钢种的加热和冷却时的临界点见表1。

表1环形弹簧常用弹簧钢加热和冷却时的临界点（单位：℃ ）

因此，60Si2MnA淬火温度选用（850～880）℃入池淬火；50CrVA淬火温度选用830～850℃入池淬火。淬火炉选用盐浴炉为佳。淬后硬度应为＞58～60HRC。

环形弹簧回火是将淬火后的环形弹簧重新加热到低于 Ac1的某个选定温度，并保温一段时间，然后以适宜的冷却速度冷却，其目的是获得所需的力学性能，稳定环形弹簧的组织和尺寸以及消除内应力。环形弹簧回火后的硬度一般为45～50HRC。

环形弹簧淬火时宜在盐浴炉中进行，可以不用夹具，因为淬火尺寸已经考虑到淬回火后的粗加工所需余量。回火可在井式炉中进行，回火后应立即在水中冷却，回火温度选用400～500℃，回火保温时间视环形弹簧最大厚度考虑。t≤10m）mm的保温时间不低于60min，t≥10mm的保温时间不低于90min。

环形弹簧淬火后应立即回火，以避免由于内应力过大而产生裂纹，淬火与回火之间的时间相隔不宜超过4h。

2.4精车

环形弹簧热处理后进入精车工序，精车最好在数控车床上进行。可以保证圆环的圆锥半角。β是圆环的重要几何参数，它决定环形弹簧的刚度。β小，刚度小，若 β<p （摩擦角）将产生自锁，即不能回弹；β大，刚度大，按照图样精车此角。

2.5强压处理

环形弹簧必须进行强压处理，处理时应将内环、外环和端环按图样要求配制，弹簧试验时，变形量

式中 n-环形弹簧圆锥接触面对数；

δ０-弹簧外圆环间的轴向间距；

δｍｉｎ-弹簧圆环间在工作极限位置应保留的最小间距。

弹簧圆环间在工作极限位置应保留的最小间距，一般应使 δmin≥1mm，直径较大或加工精度较低时，最小间距应取大些。一般精度较低时可取 δmin≈D/50；精度较高时取 δmin≈D/100。强压时，两侧应置放限高块。

2.6特性测试

环形弹簧的各部几何尺寸检验合格后，都必须测试其力学性能。测试前各接触面需加入润滑剂，常用的润滑剂为石墨、固态MoS2或其他润滑脂。其力学性能不但与几何尺寸有关，更与摩擦面的加工工艺有关，接触面未经精加工，在重载条件下摩擦系数 fu=0.16、p=9°；接触面经精加工在重载荷条件下摩擦系数 fu=0.15、p=8°30'；当接触面经精加工在轻载荷条件下摩擦系数 fu=0.12、ρ=7°。图5给出了不同条件下，环形弹簧的特性曲线。

环形弹簧在一个加载和卸载循环中的特性曲线为OABO，如果没有摩擦力的作用下，则应为OC，卸载时，特性曲线由B点开始，而不是由E点，这是由于摩擦使弹簧弹性滞后引起的特性曲线。由于环形弹簧有其较大摩擦功的损耗，所以OA加载曲线测到位后卸载会有不同的曲线，这主要决定于环间摩擦系数所致。

表2是常用环形弹簧结构尺寸，可供设计、制造时参考。

表2常用环形弹簧结构尺寸