弹簧特性曲线和刚度

一、弹簧特性曲线

表征弹簧轴向载荷F（或扭矩T）与其压缩或伸长变形量λ（或扭转角）之间的关系曲线称为弹簧特性曲线。弹簧试验机

1）等节距圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线

图中的H0是压缩弹簧在没有承受外力时的自由长度。

弹簧在安装时，通常预加一个压力 Fmin，使它可靠地稳定在安装位置上。Fmin称为弹簧的最小载荷(安装载荷)。在它的作用下，弹簧的长度被压缩到H1其压缩变形量为λmin。

Fmax为弹簧承受的最大工作载荷。在Fmax作用下，弹簧长度减到H2，其压缩变形量增到λmax。λmax与λmin的差即为弹簧的工作行程h,h=λmax-λmin。

Flim为弹簧的极限载荷。在该力的作用下，弹簧丝内的应力达到了材料的弹性极限。与Flim对应的弹簧长度为H3，压缩变形量为λlim。弹簧的最大工作载荷Fmax，由弹簧在机构中的工作条件决定。但不应到达它的极限载荷，通常应保持Fmax ≤0.8Flim。

2）等节距圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线

图b为无预应力的拉伸弹簧的特性曲线；

图c为有预应力的拉伸弹簧的特性曲线。对有预应力的拉伸弹簧，Fmin>F0，F0为使具有预应力的拉伸弹簧开始变形时所需的初拉力。有预应力的拉伸弹簧相当于有预变形x，故在同样载荷F的作用下，产生的变形要比没有预应力的小。

弹簧的特性曲线应绘在弹簧工作图中，作为检验和试验时的依据之一，同时在设计弹簧时，利用特性曲线分析受载与变形的关系也较方便。

二、弹簧刚度

使弹簧产生单位变形所需的载荷称为弹簧刚度，其表达式为：

kF=dF/dλ（或kT=dT/dφ）

实际上弹簧刚度就是弹簧特性曲线上某点的斜率。符合直线型特性曲线的弹簧，其刚度为一常数。其刚度为：

kF=dF/dλ=F/λ=

这种弹簧的特性曲线愈陡，刚度也就愈大，即弹簧愈硬，反之则愈软。

受动载荷或冲击载荷的弹簧，以使用变刚度弹簧为宜。 (来源：三分钟弹簧世界)