如下左圖所示，圓柱螺旋拉伸彈簧空載時(shí)，各圈應(yīng)相互并攏。另外，為了節(jié)省軸向工作空間，并保證彈簧在空載時(shí)各圈相互壓緊，常在卷繞的過程中，同時(shí)使彈簧絲繞其本身的軸線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。這樣制成的彈簧，各圈相互間即具有一定的壓緊力，彈簧絲中也產(chǎn)生了一定的頂應(yīng)力，故稱為有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧。這種彈簧一定要在外加的拉力大于初拉力P0后，各圈才開始分離，故可較無預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧節(jié)省軸向的工作空間。拉伸彈簧的端部制有掛鉤，以便安裝和加載。掛鉤的形式如下右圖所示。其中LI型和LII型制造方便，應(yīng)用很廣。但因在掛鉤過渡處產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，故只宜用于彈簧絲直徑d≤l0mm的彈簧中。LVII、LVIII型掛鉤不與彈簧絲聯(lián)成一體，故無前述過渡處的缺點(diǎn)，而且這種掛鉤可以轉(zhuǎn)到任意方向，便于安裝。在受力較大的場(chǎng)合，最好采用LVII型掛鉤，但它的價(jià)格較貴。
|  圓柱螺旋拉伸彈簧掛鉤的形式 |
動(dòng)畫演示
制造
螺旋彈簧的制造工藝包括：a)卷制；b)掛鉤的制作或端面圈的精加工；c)熱處理；d)工藝試驗(yàn)及強(qiáng)壓處理。（強(qiáng)壓處理是使彈簧在極限載荷作用下持續(xù)6～48h，以便在彈簧絲截面的危險(xiǎn)區(qū)產(chǎn)生塑性變形和殘余應(yīng)力，從而提高彈簧的靜載強(qiáng)度。用于長期振動(dòng)，高溫和腐蝕性介質(zhì)中的彈簧，以及一般用途的彈簧不應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)壓處理。）| 卷制是把合乎技術(shù)條件規(guī)定的彈簧絲卷繞在芯棒上。大量生產(chǎn)時(shí)，是在萬能自動(dòng)卷簧機(jī)上卷制；單件及小批生產(chǎn)時(shí)，則在普通車床或手動(dòng)卷繞機(jī)上卷制。' L7 p: |' {! Q1 o& K 卷制分冷卷及熱卷兩種。冷卷用于經(jīng)預(yù)先熱處理后拉成的直徑 d<(8～10)mm的彈簧絲；直徑較大的彈簧絲制作的強(qiáng)力彈簧則用熱卷。熱卷時(shí)的溫度隨彈簧絲的粗細(xì)在800～1000℃的范圍內(nèi)選擇。不論采用冷卷或熱卷，卷制后均應(yīng)視具體情況對(duì)彈簧的節(jié)距作必要的調(diào)整。% m( Y7 E# _, `0 v 對(duì)于重要的壓縮彈簧，為了保證兩端的承壓面與其軸線垂直，應(yīng)將端面圈在專用的磨床上磨平；對(duì)于拉伸及扭轉(zhuǎn)彈簧，為了便于聯(lián)接、固著及加載，兩端應(yīng)制有掛鉤或桿臂(參看上圖<圓柱螺旋拉伸彈簧掛鉤的形式>及右圖)。 |  扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧 |
此外，彈簧還須進(jìn)行工藝試驗(yàn)和根據(jù)彈簧的技術(shù)條件的規(guī)定進(jìn)行精度、沖擊、疲勞等試驗(yàn)，以檢驗(yàn)彈簧是否符合技術(shù)要求。要特別指出的是，彈簧的持久強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，在很大程度上取決于彈 簧絲的表面狀況，所以彈簧絲表面必須光潔，沒有裂紋和傷痕等缺陷。表面脫碳會(huì)嚴(yán)重影響材料的持久強(qiáng)度和抗沖擊性能。因此脫碳層深度和其它表面缺陷應(yīng)在驗(yàn)收彈簧的技術(shù)條件中詳細(xì)規(guī)定。重要的彈簧還須進(jìn)行表面保護(hù)處理(如鍍鋅)；普通的彈簧一般除以油或漆。
彈簧的材料及許用應(yīng)力 * J6 O& c3 m3 X6 o* _3 i
為了使彈簧能夠可靠地工作，彈簧材料必須具有高的彈性極限和疲勞極限，同時(shí)應(yīng)具有足夠的韌性和塑性，以及良好的可熱處理性。 ) ~) x$ [3 U$ r
常用彈簧鋼主要有下列幾種：
碳素彈簧鋼9 I/ u' u2 p- j; `. A( T這種彈簧鋼的憂點(diǎn)是價(jià)格便宜，原材料來源方便；缺點(diǎn)是彈性極限低，多次重復(fù)變形后易失去彈性，且不能在高于120℃的溫度下正常工作。
低錳彈簧鋼(例如65Mn)' b2 d; H( d7 r* c這種彈簧鋼與碳素彈簧鋼相比，優(yōu)點(diǎn)是淬透性較好和強(qiáng)度較高；缺點(diǎn)是淬火后容易產(chǎn)生裂紋及熱脆性。但由于價(jià)格便宜，所以一般機(jī)械上常用的尺寸不大的彈簧可以用此種材料制造，例如離合器彈簧等。/ P9 x, [. z/ g- m& v
硅錳彈簧鋼(例如60Si2MnA) 6 `" x$ k. @+ V' K8 j這種鋼中因加入了硅，故可顯著地提高彈性極限，并提高了回火穩(wěn)定性，因而可在更高的溫度下回火，從而得到良好的力學(xué)性能。但含硅量高時(shí)，表面易于脫碳。由于錳的脫碳性小，故在鋼中加入硅錳這兩種元素，就是為了發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，并減少彼此的缺點(diǎn)，因此硅錳彈簧鋼在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。一般用于制造汽車、拖拉機(jī)的螺旋彈簧。
50鉻釩鋼(例如50CrVA)* V+ ~! s5 R0 G0 p6 m鋼中加入釩的目的是細(xì)化組織，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，故這種材料是耐疲勞和抗沖擊性能良好的彈簧鋼。它有良好的力學(xué)性能，并能在-40～350℃的溫度下工作，但價(jià)格較貴。航空發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的彈簧多采用此種材料，如柱塞油泵的柱塞彈簧等。- Y, f" X f1 P0 L5 T
此外，某些不銹鋼和青銅等材料，具有耐腐蝕的特點(diǎn)，青銅還具有防磁性和導(dǎo)電性，故常用于 制造化工設(shè)備中或工作于腐蝕性介質(zhì)中的彈簧。其缺點(diǎn)是不容易熱處理，力學(xué)性能較差，在一般機(jī)械中很少采用。/ Y- a0 J1 t7 L F) U& d+ |
在選擇材料時(shí)，應(yīng)考慮到彈簧的用途、重要程度、使用條件(包括載荷性質(zhì)、大小及循環(huán)特性，工作持續(xù)時(shí)間，工作溫度和周圍介質(zhì)情況等)，以及加工、熱處理和經(jīng)濟(jì)性等因素。同時(shí)，也要參照現(xiàn)有設(shè)備中使用的彈簧，選擇出較為合用的材料。+ b6 N; o- f% z* a7 m8 L
彈簧材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[τ]和許用彎曲應(yīng)力[σ]b的大小和載荷性質(zhì)有關(guān)，靜載荷時(shí)的[τ]或[σ]b 較變載荷時(shí)的大。表<彈簧常用材料及其許用應(yīng)力>中推薦的幾種常用材料及其[τ]和[σ]b值，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。碳素彈簧鋼絲拉伸強(qiáng)度極限σB值按表<彈簧鋼絲的拉伸強(qiáng)度極限σB>選取" O' f0 s: O! R' {+ W/ V