淺談彈性元件的應用

1.彈性材料的基本要求

一般情況下，彈性元件的製造材料應滿足下列條件：

有良好的塑性，便於波紋管類彈性元件的加工成形，且能透過隨後的處理工藝（冷作硬化、熱處理等），獲得足夠的彈性和強高的彈性極限、抗拉強度和疲勞強度，保證彈性元件的正常工作有好的焊接效能，滿足波紋管類元件製造過程中的焊接工藝要求材料的彈性效能穩定，受時間和溫度的影響小，低的滯後、應力弛豫與蠕變較好的耐腐蝕穩定性。

2. 彈性材料的選用原則

彈性元件的使用範圍很廣，工作條件和特性要求不一。因此，對材料提出了各種各樣的要求。對於一些效能要求不太高的彈性元件，材料的選擇就比較簡便。如作為補償用的波紋節（波紋膨脹節），要求在較高的溫度和壓力下工作，對彈性特性的要求不高。這類彈性元件可選用不鏽鋼材料製造。儀器儀表中的彈性元件有的要求導磁，而大多數要求用非磁性材料製成。在很多場合，要求材料具有高的（或低的）導電性。有些彈性元件要求在高溫、高壓條件下工作，這時材料必須具備耐熱性和抗蠕變效能；當彈性元件與腐蝕性介質相接觸，它應當有足夠的耐腐蝕穩定性。

對於彈性元件的材料來說，要滿足各種各樣的，有時往往是相互矛盾的全部綜合性能要求是相當困難的。選擇彈性材料時，應著重考慮滿足元件的主要效能要求，然後再兼顧其他。譬如，某些儀器儀表中使用的彈性元件，對耐熱性和導電性都提出了要求。但兩者兼備的要求是相互矛盾的。元件的耐熱性可以採用高合金化材料解決，而這會降低它的導電性；純金屬或低合金材料具有高的導電率，但是耐熱性很低。在許多情況下，高的耐熱性要求更為重要，因為提高電導率還可以透過其他途徑實現。所以在這種情況下應該選用高合金化的耐熱材料，雖然它的電導率不夠高。

3. 許用應力和安全係數

要能保證彈性元件長期正常地工作，在設計時，必須使彈性元件上的工作應力滿足一定條件。

彈性元件使用的工作條件不盡相同，因此極限應力可以有不同的取法．一般情況下，彈性元件均在彈性範圍內工作，因而極限應力可認為是材料的彈性極限；在交變載荷作用下的彈性元件，極限應力應選取材料的疲勞強度；高溫條件下工作的彈性元件，極限應力可選取材料的蠕變極限；在容易失穩狀態下使用的彈性元件，極限應力應認為是剛產生失穩時的臨界應力。

安全係數的大小由如下因素決定：彈性元件的使用場合及必須具備的可靠性，元件的工作條件和耐久性；材料力學效能引數測試的準確性等。

安全係數值又決定於極限應力的選取型別（拉伸強度、彈性極限、屈服強度、疲勞強度或蠕變極限等）。大多數彈性元件是在彈性範圍內工作，極限應力取作材料的彈性極限，這時安金係數可取得接近於

1；但多數材料的彈性極限不易查到，通常只能採用屈服強度來計算，這時安全係數應取得大些。如果某種材料只知道拉伸強度如按拉伸強度計算的安全係數，應該選取得更大一些。具體選多大，要按照它們之間的關係確定。

有些情況下，彈性元件沒有所需要的計算方法（如壓力計用彈性元件的疲勞壽命和耐久性、波紋管及膜片膜盒的穩定性等），另外材料的某些力學效能（如彈性極限、疲勞強度、蠕變極限等）均不知道。這時，彈性元件不能正常工作的極限應力，要用實驗方法確定。

4.

彈性元件的分類

①力彈簧。力彈簧受力變形，貯存機械能；恢復彈性變形時，釋放機械能，驅使機構運動，如發條、各種復位彈簧等。

②測量彈簧。測量彈簧是測量儀表中的敏感元件，常用於測量流體壓力、集中力、力矩、振東和其他物理量，如儀表的遊絲，將力矩轉換成指標的轉角。這類彈性元件是儀表的關鍵零件，其效能直接影響儀表的工作質量，因此，從設計、製造到安裝、除錯、使用都有較高的要求。

③彈性聯絡彈簧。彈性聯絡彈簧可將需要聯接的構件聯接成整體，例如減震器的彈簧、彈性支承和導軌的彈簧、彈性聯軸器的彈簧等。

5.彈性元件的特點

①彈性元件受力與彈性變形之間有確定的規律，而與彈性元件的空間位置無關；

②彈性元件能貯存機械能；

③彈性元件佔據空間尺寸小。

6.彈性誤差

實踐證明：即使尺寸和形狀製造很準確的彈性元件，工作時其實際特性曲線與理論特性曲線也不完全一致。主要原因是存在彈性誤差，彈性誤差的影響對於一般用途的彈性元件不用考慮，而對於測量彈性元件，彈性誤差直接影響儀表的精度，因而是衡量測量彈性元件的重要的質量指標。產生彈性誤差的主要因素是：材料的彈性滯後、材料的彈性後效、溫度對材料彈性的影響及材料的微觀結構缺陷等。以下對材料的彈性滯後和彈性後效作出論述。

3。1

材料的彈性滯後

彈性元件載入特性曲線和減載特性曲線不一致的現象，稱為彈性滯後。兩特性曲線圍成的封閉曲線稱為彈性滯後回線，如圖所示。

彈性滯後現象說明，外力對彈性元件做的功，在它恢復原狀時，並未全部釋放出來，有一小部分被材料的內摩擦消耗了。

3。2 材料的彈性後效

彈性元件的變形落後於作用力的現象，稱為彈性後效。如所示，彈性元件受力

P 作用，不能立即產生相應的變形量BD，而是先產生變形量 AD，經過一定時間，繼續產生變形量AB。減載時也存在同樣現象，AB、OC 代表彈性後效誤差。

彈性後效現象說明，材料受力後產生相應的彈性變形需要一定的時間。對不同的彈性元件，可從幾分鐘到幾十小時，彈性後效降低了彈性元件的動態效能

。

彈性滯後和彈性後效是彈性材料的固有特性，它降低了彈性元件的質量，是精密彈性元件所不希望的。

7.工作中使用的彈性元件

1。

遊絲：

遊絲的結構：遊絲通常是用金屬薄帶製成的具有阿基米德螺線形狀的彈性元件，如圖所示。

2。螺旋彈簧

螺旋彈簧即扭轉彈簧，是承受扭轉變形的彈簧，它的工作部分也是密繞成螺旋形。扭轉彈簧的端部結構是加工成各種形狀的扭臂，而不是勾環。扭轉彈簧常用於機械中的平衡機構，在汽車、機床、電器等工業生產中廣泛應用。

如圖所示。

3。碟形彈簧

碟形彈簧成圓錐形盤狀，作為密封輔助件，既可以單個使用，又可以多個串聯或並聯使用，在上內緣和下外緣處承受沿軸向作用的靜態或動態載荷，被壓縮後產生變形，直至被壓平，以儲存能量形式作為活載荷，在必要時自動轉化為密封所需要的附加壓縮載荷，來降低墊片、填料使用中對上緊的持續要求，減少不必要的停機維修時間和洩漏損失。