彈簧材料選擇必須充分考慮到彈簧的用途、重要程度與所受的載荷性質(zhì)、大小、循環(huán)特性、工作溫度、周圍介質(zhì)等使用條件,以及加工、熱處理和經(jīng)濟(jì)性等因素,以便使選擇結(jié)果與實(shí)際要求相吻合。鋼是最常用的彈簧材料。當(dāng)受力較小而又要求防腐蝕、防磁等特性時,可以采用有色金屬。此外,還有用非金屬材料制做的彈簧,如橡膠、塑料、軟木及空氣等。
碳素彈簧鋼(如65、70鋼):價格便宜、來源方便,但彈性極限低; 低錳彈簧鋼(如65Mn):淬透性好、強(qiáng)度較高,淬火后易產(chǎn)生裂紋硅錳彈簧鋼(如60Si2MnA):彈性極限高,回火穩(wěn)定性好,力學(xué)性能良好; 鉻釩鋼(如50CrVA):耐疲勞和抗沖擊性能好,價格貴,用于要求高的場合。
凱爾特人和西班牙人的劍的彈性,引起了他的亞歷山大城的前輩的注意。為了弄清楚劍為什么有彈性,他們進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)。結(jié)果他的師傅克特西比發(fā)明了拋石機(jī),拋石機(jī)的彈簧是用彎曲的青銅板作成的——實(shí)際上是最早的片簧;菲洛本人又進(jìn)一步改進(jìn)了這些拋石機(jī)。富有創(chuàng)造性的克特西比在發(fā)明這種拋石機(jī)后,又想出了另一種拋石機(jī)—一它利用汽缸內(nèi)空氣在受壓的情況下產(chǎn)生的彈性工作。
在很久以后人們才想到:如果壓縮一根螺旋桿,而不是彎曲一根直桿,那么金屬彈簧儲存的能量就會更大。據(jù)伯魯涅列斯基的小傳記載,他制作過一口鬧鐘,其中使用了若干代彈簧。最近有人指出,在附有一些奇特的螺旋彈簧鐘表圖的15世紀(jì)末葉的一本機(jī)械手冊中有這架鬧鐘的圖樣。
tc——鋼索節(jié)距(mm)
U——變形能(N·mm);(N·mm·rad)
V——彈簧的體積(mm³;)
v——沖擊體的速度(mm/s)
Zm——抗彎截面系數(shù)(mm³;)
Zt——抗扭截面系數(shù)(mm³;)
α——螺旋角(º;);系數(shù)
β——鋼索擰角(º;);圓錐半角(º;);系數(shù)
δ——彈簧圈的軸向間隙(mm)
δr——組合彈簧圈的徑向間隙(mm)
ζ——系數(shù)