弹簧的材料、选材与制造
1 弹簧材料
为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。
图20-2 碳素钢丝直径与强度的关系
表20-2 主要弹簧材料及其许用应力
注：
1.按受力循环次数N不同，弹簧分为三类：Ⅰ类N>106；Ⅱ类N=103～105以及受冲击载荷的场合；Ⅲ类N<103。
2.碳素弹簧钢丝按机械性能不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四组，Ⅰ组强度最高，依次为Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ组。
3.弹簧的工作极限应力tlim：Ⅰ类￡1.67[t]；Ⅱ类￡1.25[t]；Ⅲ类￡1.12[t]。
4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。
5.碳素钢丝的切变模量和弹性模量对0.5～4mm直径有效，>4mm取下限。
2 材料选择
弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。
3 弹簧制造
螺旋弹簧的制造工艺过程如下：
①绕制；
②钩环制造；
③端部的制作与精加工；
④热处理；
⑤工艺试验等，对于重要的弹簧还要进行强压处理。
弹簧的绕制方法分冷卷法与热卷法两种。
（1）冷卷法：簧丝直径d≤8mm的采用冷卷法绕制。冷态下卷绕的弹簧常用冷拉并经预先热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷绕后一般不再进行淬火处理，只须低温回火以消除卷绕时的内应力。
（2）热卷法：簧丝直径较大（d>8mm）的弹簧则用热卷法绕制。在热态下卷制的弹簧，卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。
对于重要的弹簧，还要进行工艺检验和冲击疲劳等试验。为提高弹簧的承载能力，可将弹簧在超过工作极限载荷下进行强压处理，以便在簧丝内产生塑性变形和有益的残余应力，由于残余应力的符号与工作应力相反，因而弹簧在工作时的最大应力（见图所示）比未经强压处理的弹簧小。
碟形弹簧介绍
碟形弹簧的生产和制造在欧洲由来已久，但在北美洲，碟形弹簧制造工业正在蓬勃兴起并逐渐被接受。碟形弹簧最早是100多年前法国J. Belleville发明的。20世纪30年代早期，工程师(G.M.)Almen and Laszio 发展了理论、制订了生产、质量标准DIN 2092 和DIN 2093。这些标准作为碟形弹簧的第一次工业标准被世界各地接受，并传遍了欧洲，目前已经被许多跨国公司广泛采用。日本制订了他们自己的相应标准，但美国还没有就碟形弹簧制定自己的工业标准。许多美国生产商以DIN 标准作为碟形弹簧质量标准。1980年我国也参照DIN规定制定了相应标准，1992年作了修订，标准号为GB/T1972－1992，它规定了碟形弹簧的尺寸系列、技术要求、试验方法、检验规则和设计计算。
(一)碟形弹簧的材料
我国碟形弹簧采用材料有高质量的弹簧钢60Si2MnA、50CrV A或特殊材料，如不锈钢、铬镍铁合金等。其中特殊材料不锈钢、铬镍铁合金等适用于高温和腐蚀性环境。大连高压阀门厂刘敏亮等2002年介绍采用铬镍铁合金碟形弹簧的高温高压硬密封球阀，密封可靠, 零泄漏, 可承受很大的轴向力, 适用于液体、气体和酸类等强腐蚀介质以及泥浆和砂类等强磨损介质，可广泛用于石油、化工和电力等行业。武汉锅炉股份有限公司工艺处薛松等2002年介绍镍基合金材料(0Cr15Ni70Ti3AlNb)制碟形弹簧可用于核反应堆设备。某公司在铬镍铁合金中主要添加了Al、Ti、Nb元素，使碟形弹簧的强度、弹性和塑性进一步提高。
国外碟形弹簧的材料比较典型的有：
表中Inconel X750是高镍合金，用它制成的碟形弹簧适用于高温和腐蚀性环境。
日本古河电气工业株式会社申请的日本专利JP7153514（1993年11月29日申请；1995年6月16日公开）所述碟形弹簧提高了使用温度，既可用于寒冷地方，又可用于热带地方。由50.7-51.2at.% Ni－Ti合金或Ni-Ti基合金（0.01-5.0at.%至少为V, Cr, Fe, Co，Nb中一种，0.01-10.0at.% Cu）制成，具有超级弹性。能有效防止螺栓预紧力的松弛。
我国在此是以钢材的用途分类作为表示方法分类的基础： 1）碳素结构钢： 表示方法：Q+数字+（质量等级符号）+（脱氧方法符号）+（专门用途的符号） ①钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点； ②“Q”后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa。例如Q235表示屈服点（σs）为235MPa的碳素结构钢； ③必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。 质量等级符号分别为A、B、C、D。 脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。 专门用途的碳素钢：例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。 2）优质碳素结构钢 表示方法：数字+（元素符号）+（脱氧方法符号）+（专门用途的符号） ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。 ②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。 ③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。 3）碳素工具钢 表示方法：字母T+数字+（元素符号）+（质量等级符号） ①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。 ②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。 ③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。 ④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。 4）易切削钢 表示方法：字母Y+数字+（元素符号） ①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。 ②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。 ③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。 5）合金结构钢 表示方法：（专门用途符号）+数字+主要合金元素符号和数字+微量合金元素符号+（质量等级符号）+（专门用途符号） ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如 40Cr。
弹簧一般可分下列数种： 压缩弹簧： 用途最广，在制造时，绕成分开的螺旋圈，使各圈有间隙（节距），以便受力收缩，保持有向两端伸张的张力。 受最大负荷时，不能被完全压缩，必须在有效圈数间保留间隙，以免摩擦或其他物质嵌入，引起疲劳破坏。 弹簧自由长度应等于弹簧之实长加上间隙，再加变形量。 压缩弹簧为增加接触面，面应予磨平，以获取60~80%接触面。 其端部形状有多种：两端坐圈，两端磨平等。 乃各圈分绕，因能承受压力，两端可为开式或闭式或绕平或磨平。下述为一压缩弹簧必要资料： （1）控制直径（Controlling diameter）（a）外径、（b）内径、（c）所套管之内径、（d）所穿圆杆之外径。 （2）钢丝或钢杆之尺寸（Wire or bar size）。 （3）材料（种类及等级）。 （4）圈数：（a）总圈数及（b）右旋或左旋。 （5）末端之形式（Style of ends）。 （6）在某一挠区长度下之负荷。 （7）一寸至几寸长度变化范围内之负荷比率。 （8）最大体高“自由长”（Maximum solid height）。 （9）运用时之最小压缩高。 压缩弹簧(Compression Spring)乃变体弹簧第一种，由直筒型、锥形至缩、凸腰形，乃至各种尾端之变体，均可依设计成型。 压缩弹簧(Compression Spring)为所有弹簧种类中最被广泛运用的一种，产品运用范围广及电子、电机、计算机、信息、汽机车、自行车、五金工具、礼品、玩具、乃至国防工业，因其设计与原理易于掌握，制造控制也最为单纯。 拉伸弹簧： 各圈绕成相互紧贴的螺旋圈或节距圈，受外力时向外伸长，保持有向中间收缩之力。 拉簧钩分为多种：英式钩，德式钩，边耳钩，鱼尾钩等。 乃各圈紧密围绕，以使其能受力而拉长，各端绕一环圈（Loop），下述为一拉伸弹簧之必要资料：（1）自由长度：（a）总长度、（b）全部圈长、（c）自钩圈内之长度。 （2）控制直径：（a）外径、（b）内径、（c）所套管之内径。 （3）钢丝尺寸“线径”。 （4）材料（种类、等级）。 （5）圈数：（a）总圈数及（b）右旋或左旋。 （6）末端之形式。 （7）钩内之负荷。 （8）负荷率、挠曲度、每寸磅数。 （9）最大拉伸长度。 拉伸弹簧（Extension Spring）乃典型之弹簧即弹簧之代表，由直筒形至各种变体，乃至挂钩之各种形状均能依设计成型。
分数: ___________ 任课教师签字：___________ 华北电力大学研究生结课作业 学年学期：第一学年第一学期 课程名称：线性系统理论 学生姓名： 学号： 提交时 目录 目录 (1) 1 研究背景及意义 (3) 2 弹簧-质量-阻尼模型 (3) 2.1 系统的建立 (3) 2.1.1 系统传递函数的计算 (4) 2.2 系统的能控能观性分析 (6) 2.2.1 系统能控性分析 (6) 2.2.2 系统能观性分析 (7) 2.3 系统的稳定性分析 (7) 2.3.1 反馈控制理论中的稳定性分析方法 (7) 2.3.2 利用Matlab分析系统稳定性 (8) 2.3.3 Simulink仿真结果 (9) 2.4 系统的极点配置 (10) 2.4.1 状态反馈法 (10) 2.4.2 输出反馈法 (11) 2.4.2 系统极点配置 (11)
2.5系统的状态观测器 (13) 2.6 利用离散的方法研究系统的特性 (15) 2.6.1 离散化定义和方法 (15) 2.6.2 零阶保持器 (16) 2.6.3 一阶保持器 (17) 2.6.4 双线性变换法 (18) 3.总结 (18) 4.参考文献 (19)
弹簧-质量-阻尼系统的建模与控制系统设计 1 研究背景及意义 弹簧、阻尼器、质量块是组成机械系统的理想元件。由它们组成的弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统，在生活中具有相当广泛的用途，缓冲器就是其中的一种。缓冲装置是吸收和耗散过程产生能量的主要部件，其吸收耗散能量的能力大小直接关系到系统的安全与稳定。缓冲器在生活中处处可见，例如我们的汽车减震装置和用来消耗碰撞能量的缓冲器，其缓冲系统的性能直接影响着汽车的稳定与驾驶员安全；另外，天宫一号在太空实现交会对接时缓冲系统的稳定与否直接影响着交会对接的成功。因此，对弹簧-质量-阻尼系统的研究有着非常深的现实意义。 2 弹簧-质量-阻尼模型 数学模型是定量地描述系统的动态特性，揭示系统的结构、参数与动态特性之间关系的数学表达式。其中，微分方程是基本的数学模型，不论是机械的、液压的、电气的或热力学的系统等都可以用微分方程来描述。微分方程的解就是系统在输入作用下的输出响应。所以，建立数学模型是研究系统、预测其动态响应的前提。通常情况下，列写机械振动系统的微分方程都是应用力学中的牛顿定律、质量守恒定律等。 弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统。机械系统如图2.1所示， 图2-1弹簧-质量-阻尼系统机械结构简图 其中、表示小车的质量，表示缓冲器的粘滞摩擦系数，表示弹簧的弹性系数，表示小车所受的外力，是系统的输入即,表示小车的位移，是系统的输出，即，i=1,2。设缓冲器的摩擦力与活塞的速度成正比，其中，，，，，。 2.1 系统的建立
钢材产品种类及用途 国家统计局在《统计用产品分类目录》中，将黑色金属冶炼及压延产品中的钢材类产品分为铁道用钢材、大型型钢、中小型型钢、棒材、钢筋、线材（盘条）、特厚板、厚钢板、中板、热轧薄板、冷轧薄板、中厚宽钢带、热轧薄宽钢带、冷轧薄宽钢带、热轧窄钢带、冷轧窄钢带、镀层板带、涂层板带、电工钢板带、无缝钢管、焊接钢管、其他钢材一共22类。在实际的工作和研究中，将钢材产品大概分为建材、热轧、冷轧、管材、型材、涂镀板、中厚板等几大类。 表1钢材产品种类及用途 按加工工艺分：热轧大型型钢、其他工艺大型型 钢。 按加工工艺分：热轧中小型型钢、其他工艺中小型型 钢。 按化学成分分：非合金钢钢筋、低合金钢钢筋、合金
按用途分：汽车用热轧薄板、造船及舰艇用热轧薄板、搪瓷用热轧薄板、农机用热轧薄板、建筑用热轧薄板、集装箱用热轧薄板、公路用热轧薄板、轻工家电用热轧薄板、容器用热轧薄板、工程机械用热轧薄板、焊管用热轧薄板、其他用途热轧薄板。 按生产设备分：薄板坯连铸连轧设备生产热轧薄板、连轧机生产热轧薄板、炉卷轧机生产热轧薄板、其他 轧机生产热轧薄板。
按用途分：汽车用冷轧薄板、火车车厢用冷轧薄板、造船用冷轧薄板、工程机械用冷轧薄板、搪瓷用冷轧薄板、农机用冷轧薄板、建筑用冷轧薄板、家电用冷轧薄板、集装箱用冷轧薄板、钢制家具用冷轧薄板、镀锡原板、其他用途冷轧薄板。 按生产设备分：冷连轧机生产冷轧薄板、单机架轧机生产冷轧薄板、双机架轧机生产冷轧薄板、其他轧机 生产冷轧薄板、。 按化学成分分：非合金钢中厚宽钢带、低合金钢中厚宽钢带、合金钢中厚宽钢带、不锈钢中厚宽钢带。按用途分：锅炉及火箱用中厚宽钢带、造船用中厚宽钢带、火车车箱用中厚宽钢带、汽车用中厚宽钢带、航空用中厚宽钢带、桥梁用中厚宽钢带、压力容器用中厚宽钢带、工程机械用中厚宽钢带、农机用中厚宽钢带、集装箱用中厚宽钢带、管线用中厚宽钢带、建筑用中厚宽钢带、其他用途中厚宽钢带。 按生产设备分：薄板坯连铸连轧设备生产中厚宽钢带、传统热连轧机生产中厚宽钢带、炉卷轧机生产中厚宽钢带、其他轧机生产中厚宽钢带。 按生产工艺分：热轧中厚宽钢带、冷轧中厚宽钢带。 按表面处理分：酸洗热轧薄宽钢带、未经酸洗热轧薄 宽钢带。 按化学成分分：非合金钢冷轧薄宽钢带、低合金钢冷
弹簧常用材料 标准号 标准名称 牌号 直径规格(mm) 剪切模量G 弹性模量E（MPa） 推荐硬度HRC 性能 备注 GB 4357 碳素弹簧钢丝 25～80 40Mn～70Mn B级：0.08～13.0 C级：0.08～13.0 D级：0.08～6.0 G=79000 E=206000 - -40～130 强度高，性能好。B级、C级和D级分别用于低、中和高应力弹簧。 YB/T5101(GB4358) 琴钢丝 60～80 T8MnA～T9A 60Mn～70Mn G1组：0.08～6.0 G2组：0.08～6.0 F组：2.0～5.0 G=79000 E=206000 - -40～130 强度高，韧性好。用于重要的小弹簧，G2组较G1 组强度高，F组主要用于阀弹簧。YB/T5102(GB4359) 阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝 65Mn 70 2.0～6.0 G=79000 E=206000
-40～150 强度高，性能好。用于内燃机阀门弹簧或类似用途弹簧。 YB/T5103(GB4360) 油淬火回火碳素弹簧钢丝 55、60、60Mn、65、65Mn、70、70Mn、75、80 A类、B类 2.0～12.0 G=79000 E=206000 - -40～150 强度高，性能好。适用于普通机械用弹簧。B类比A类强度高。 YB/T5104(GB4361) 油淬火回火硅锰弹簧钢丝 60Si2MnA A类、B类、C类 2.0～14.0 G=79000 E=206000 - -40～200 强度高，弹性好。易脱碳，用于较高负荷的弹簧。A类和B类用于一般用途的弹簧，B类和C类用于汽车悬挂弹簧。 YB/T5105(GB4362) 阀门用油淬火回火铬硅弹簧钢丝 55CrSi 1.6～8.0 G=79000 E=206000 - -40～250 有较强的疲劳强度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。 YB/T5108(GB2271) 阀门用油淬火回火铬钒弹簧钢丝 50CrVA 1.0～10.0 G=79000 E=206000 - -40～210 有较强的疲劳强度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。 GB5218 硅锰弹簧钢丝
弹簧钢丝的标准及用途牌号 摘要我国弹簧纲丝标准是参照ISO和JIS制订的，本文以ISO和JIS为依据，分析了弹簧纲丝现行国家标准和行业标准的适用范围，各组别之间隐含的的差别，对弹簧钢丝的生产和使用都有参考价值。 关键词弹簧钢丝、标准、适用范围 弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件，弹簧主要作用是利用自身形变时所储存的能量来缓和机械或零部件的震动和冲击、控制机械或零部件的运动。 1、弹簧钢丝的使用特性和用途 弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越能提高强度利用率，制成的弹簧弹力越强。 弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。 弹簧通常在交变应力作用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。 在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧，要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。 此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大，绕制弹簧很困难，所以冷拉弹簧钢丝使用规格一般小于8.0mm，油淬火回火钢丝使用规格一般小于13.0mm。实际上直径13.0mm弹簧多选用轻拉状态弹簧钢丝，冷拉绕制成形后再淬回火使用。直径15.0mm以上钢丝大多采用加热绕制工艺制簧。 弹簧根据运行状态可分为静态簧和动态簧。静态弹簧指服役期振动次数有限的弹簧，如安全阀弹簧，弹簧垫，秤盘弹簧，定载荷弹簧，机械弹簧，手表游丝等。动态弹簧指服役期振动次数达1×106次以上的弹簧，如发动机阀门弹簧，车辆悬挂簧，防震弹簧，联轴器弹簧，电梯缓冲弹簧等。静态弹簧选材时主要考虑抗拉强度和稳定性，动态弹簧选材时主要考虑疲劳，松弛及共振性能。 弹簧根据负荷状况可分为轻载荷、一般载荷和重载荷三种状态。轻载荷指承受静态应力，应力较低，变形量较小的弹簧，如安全装置用弹簧，吸收振动用弹簧等。设计使用寿命103～104次。 一般载荷指设计寿命105～106次，在振动频率300次/min条件下使用的普通弹簧。在许用应力范围内，寿命保证1×106次，载荷应力越低，寿命越长。 重载荷指长时间工作、振动频繁的弹簧。如阀门弹簧，空气锤、压力机、液压控制器弹簧，其载荷较高，常常在低于许用应力10%左右使用，使用寿命大于1×106次，通常为107次。 弹簧选材的原则是：首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。 碳素弹簧钢是弹簧钢中用途广泛，用量最大的钢类。钢中含0.60%～0.90%的碳和0.3%～1.20%的锰，不再添加其它合金元素，使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热
选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、 工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。 为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。 弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，但弹性极限低； 低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹 硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好； 铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。 表20-2 主要弹簧材料及其许用应力
击载荷的场合；Ⅲ类N<103。 2.碳素弹簧钢丝按机械性能不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四组，Ⅰ组强度最高，依次为Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ组。 3.弹簧的工作极限应力τlim：Ⅰ类≤1.67[τ]；Ⅱ类≤1.25[τ]；Ⅲ类≤1.12[τ]。 4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。 5.碳素钢丝的切变模量和弹性模量对0.5～4mm直径有效，>4mm取下限。
常用钢材的分类和用途 1、钢材的概念：钢材是钢锭、钢坯或钢材通过压力加工制成我们所需要的各种形状、尺寸和性能的材料。 钢材是国家建设和实现四化必不可少的重要物资，应用广泛、品种繁多，根据断面形状的不同、钢材一般分为型材、板材、管材和金属制品四大类、为了便于组织钢材的生产、订货供应和搞好经营管理工作，又分为重轨、轻轨、大型型钢、中型型钢、小型型钢、钢材冷弯型钢，优质型钢、线材、中厚钢板、薄钢板、电工用硅钢片、带钢、无缝钢管钢材、焊接钢管、金属制品等品种。 2、钢材的生产方法 大部分钢材加工都是钢材通过压力加工，使被加工的钢（坯、锭等）产生塑性变形。根据钢材加工温度不钢材同以分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有： 轧制：将钢材金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产钢材型材、板材、管材。分冷轧、热轧。锻造钢材：利用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使坯料改变成我们所需的形状和尺寸的一种压力加工方法。一般分为自由锻和模锻，常用作生产大型材、开坯等截面尺钢材寸较大的材料。 拉拨钢材：是将已经轧制的金属坯料（型、管、制品等）通过模孔拉拨成截面减小长度增加的加工方法大多用作冷加工。 挤压：是钢材将金属放在密闭的挤压简内，一端施加压力，使金属从规定的模孔中挤出而得到有同形状和尺寸的成品的加工方法，多用于生产有色金属材钢材 一、黑色金属、钢和有色金属在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢材钢与有色金属的基本概念。 1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁钢材为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。 生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和钢材制造铸件。把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件钢材，这种铸铁叫铸铁件。 铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在钢材炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。 2、把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直钢材接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。钢材钢属于黑色金属但钢
钢材知识 钢的分类按品质分类 (1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）P代表磷元素，S代表硫元素 P和S都是钢中的有害元素，一个导致热脆性，一个导致冷脆性 (2) 优质钢（P、S均≤0.035%） (3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%） 按化学成份分类 (1) 碳素钢： a.低碳钢（C≤0.25%）；又称软钢，强度低、硬度低而软，常用於制造链 条，铆钉，螺栓，轴等。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳 素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于 要求耐磨的机械零件。 b.中碳钢（0.25≤C≤0.60%）；有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。 热加工及切削性能良好，焊接性能较差。塑性和韧性低于低碳钢。可不经热 处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中 碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为HRC55(HB538)，σb 为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的 应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。 c.高碳钢（C≥0.60%）。常称工具钢，可以淬硬和回火。锤, 撬棍等由 含碳量0.75%的钢制造; 切削工具如钻头, 丝攻, 铰刀等由含碳量0.90% 至 1.00% 的钢制造。 (2)合金钢： a.低合金钢（合金元素总含量≤5%） b.中合金钢（合金元素总含量>5~10%） c.高合金钢（合金元素总含量>10%）。 按成形方法分类： (1)锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。 按金相组织分类 (1) 退火状态的 a.亚共析钢（铁素体+珠光体） b.共析钢（珠光体） c.过共析钢（珠光体+渗碳体） d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。 (2) 正火状态的： a.珠光体钢； b.贝氏体钢； c.马氏体钢； d.奥氏体钢。
自动控制原理综合训练项目题目：关于MSD系统控制的设计 目录 1设计任务及要求分析 (2) 初始条件 (2) 要求完成的任务 (2) 任务分析 (3) 2系统分析及传递函数求解 (3) 系统受力分析 (3) 传递函数求解 (8) 系统开环传递函数的求解 (8) 3.用MATLAB对系统作开环频域分析 (9) 开环系统波特图 (9) 开环系统奈奎斯特图及稳定性判断 (10) 4.系统开环频率特性各项指标的计算 (11) 总结 (13) 参考文献 (13)
弹簧-质量-阻尼器系统建模与频率特性 分析 1设计任务及要求分析 初始条件 已知机械系统如图。 1k y p 2k x 图 机械系统图 要求完成的任务 （1） 推导传递函数)(/)(s X s Y ，)(/)(s P s X ， （2） 给定m N k m N k m s N b g m /5,/8,/6.0,2.0212==?==，以p 为输入)(t u （3） 用Matlab 画出开环系统的波特图和奈奎斯特图，并用奈奎斯特判据分析系 统的稳定性。 （4） 求出开环系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度。 （5） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清
楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 任务分析 由初始条件和要求完成的主要任务，首先对给出的机械系统进行受力分析，列出相关的微分方程，对微分方程做拉普拉斯变换，将初始条件中给定的数据代入，即可得出 )(/)(s X s Y ，)(/)(s P s X 两个传递函数。由于本系统是一个单位负反馈系统，故求出的传 递函数即为开环传函。后在MATLAB 中画出开环波特图和奈奎斯特图，由波特图分析系统的频率特性，并根据奈奎斯特判据判断闭环系统位于右半平面的极点数，由此可以分析出系统的稳定性。最后再计算出系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度，并进一步分析其稳定性能。 2系统分析及传递函数求解 系统受力分析 单自由度有阻尼振系的力学模型如图2-1所示，包括弹簧、质量及阻尼器。以物体的平衡位置0为原点，建立图示坐标轴x 。则物体运动微分方程为 kx x c x m －＝－&&& （2-1） 式中 ： x c &-为阻尼力，负号表示阻尼力方向与速度方向相反。 图2-1 将上式写成标准形式，为 0=++kx x c x m &&& (2-2） 令p 2= m k , m c n =2, 则上式可简化为 022=++p x n x &&& (2-3)
用途最广，在制造时，绕成分开的螺旋圈，使各圈有间隙（节距），以便受力收缩，保持有向两端伸张的张力。受最大负荷时，不能被完全压缩，必须在有效圈数间保留间隙，以免摩擦或其他物质嵌入，引起疲劳破坏。弹簧自由长度应等于弹簧之实长加上间隙，再加变形量。压缩弹簧为增加接触面，面应予磨平，以获取60~80%接触面。其端部形状有多种：两端坐圈，两端磨平等。 乃各圈分绕，因能承受压力，两端可为开式或闭式或绕平或磨平。压缩弹簧乃变体弹簧第一种，由直筒型、锥形至缩、凸腰形，乃至各种尾端之变体，均可依设计成型。压缩弹簧为所有弹簧种类中最被广泛运用的一种，产品运用范围广及电子、电机、计算机、信息、汽机车、自行车、五金工具、礼品、玩具、乃至国防工业，因其设计与原理易于掌握，制造控制也最为单纯。 拉伸弹簧： 各圈绕成相互紧贴的螺旋圈或节距圈，受外力时向外伸长，保持有向中间收缩之力。 拉簧钩分为多种：英式钩，德式钩，边耳钩，鱼尾钩等。拉伸弹簧乃典型之弹簧即弹簧之代表，由直筒形至各种变体，乃至挂钩之各种形状均能依设计成型。拉伸弹簧为压缩弹簧之反向运用，运用范围大致较无具体产品类别，但操作控制较压缩弹簧高一级。 扭转弹簧： 扭转弹簧分为单扭弹簧和双扭弹簧，弹簧常套入销或轴中，当受外力后，即依弹簧轴心为轴而产生一扭转力，使得弹簧捲紧或旋鬆。双扭弹簧又分为外双扭和内双扭力弹簧。 各圈或是紧密围绕或是分开围绕，俾能适任扭转负荷（与弹簧轴线成直角）。弹簧之末端可绕成钩状或直扭转臂。扭转弹簧乃变体弹簧之极至，由单扭至双扭，乃至各种扭杆之变形，得依设计成型。扭转弹簧为所有弹簧类别中设计原理较为复杂的一种，型式的变化亦相当活泼，故设计时所涉及的理论也最为烦索。因此设计时亦较难掌握。 碟形弹簧 碟形弹簧(碟簧)DIN2093具有体积小、负荷大、组合使用方便等特性，同时具有载荷集中传递的优点。可采用单片对合组合、多片叠合组合和混合组合等方式以获得各种不同曲线。 在机械行业中很大范围内取代圆柱弹簧，体现了新产品（主机）设计小型化多功能化的特点。如在载荷作用方向上，较小的变形能承受较大的载荷，轴向空间紧凑。与其他类型的弹簧比较，其单位体积的变形能较大，具有较好的缓冲吸震能力。特别是采用叠合组合使用方式，由于表面摩擦阻尼作用，吸收冲击和消散能量的作用更为显著。 目前，在国防、冶金、工程、电力、机床、建筑等行业得到广泛应用。如：模具、支承吊架、离合器、制动器、桥梁缓冲（减震）装置、轴承预紧、安全过载装置、重型机械、机械起动器、控制装置、阀门、工业电炉、分度装置、夹紧装置等等。 碟形弹簧执行DIN2093和GB/T1972-2005标准。 碟形弹簧(碟簧)常用的表面处理方法：发蓝，磷化，镀镍，电泳和机械镀锌等。 锥形弹簧： 绕成锥形的螺旋圈，可承受压力及张力，一般承受力量均甚小。当受压缩时各圈收缩进大圈的平面内为其优点，例手电筒盖上压缩电池用的弹簧即是。 特殊之线圈弹簧： 有圆锥形、桶形及梯形和鼓形特殊线圈弹簧，广用于弹簧业。
表1 弹簧常用材料及其许用应力 表2 弹簧钢丝的拉伸强度极限σB（MPa） 表3 常用旋绕比C值 表4 普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列 表5 导杆（导套）与弹簧间的间隙 表6 通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸 表1 弹簧常用材料及其许用应力（摘自GBl239-1976） 名称组别② 许用切应力 [τ] (MPa) 许用弯曲应 力 [σb] (MPa) 切变模量 G (MPa) 弹性模量 E (MPa) 推荐硬 度 (HRC) 推荐使 用温度 (℃) 特性及用途弹簧类别①弹簧类别① I类II类III类II类III类 碳素弹簧钢丝I组,II,IIa 组,III组 0.3σB ③ 0.4σB0.5σB0.5σB0.625σB 0.5≤d≤4 81400～ 78500 d>4 78500 0.5≤d≤4 203000～ 201000 d>4 196000 -40～ +120 强度高，韧性好， 适用于做小弹簧 特殊用 途碳素弹簧钢 丝甲组，乙组， 丙组 硅锰合 金弹簧钢丝47162878578598178500196000 45～ 50 -40～ +200 弹性好，回火稳定 性好，易脱碳，用 于制造大载荷弹簧 注：①弹簧按载荷性质分为三类： I类一受变载荷作用次数在106以上的弹簧； II类一受变载荷作用次数在103~105及冲击载荷的弹簧；III类一受变载荷作用次数在103下的弹簧。 ②碳素弹簧钢丝的组别见表2。
③弹簧材料的拉伸强度极限，查表2。 表2 弹簧钢丝的拉伸强度极限σB（MPa） 碳素弹簧钢丝特殊用途碳素弹簧钢丝重要用途弹簧钢丝钢丝直径 d(mm)I组II组IIa组III组 钢丝直径 d(mm) 甲组乙组丙组 钢丝直径 d(mm) 65Mn 0.32～0.6 0.63～0.8 0.85～0.9 1 1.1～1. 2 1.3～1.4 1.5～1.6 1.7～1.8 2 2.2 2.5 2.8 3 3.2 3.4～3.6 4 4.5～5 5.6～6 6.3～82599 2550 2501 2452 2354 2256 2157 2059 1961 1863 1765 1716 1667 1667 1618 1569 1471 1422 2157 2108 2059 2010 1912 1863 1814 1765 1765 1667 1618 1618 1618 1520 1520 1471 1373 1324 1226 1667 1667 1618 1618 1520 1471 1422 1373 1373 1373 1275 1275 1275 1177 1177 1128 1079 1030 981 0.2～0.55 0.6～0.8 0.9～1 1.1 1.2～1.3 1.4～1.5 2844 2795 2746 2697 2648 2599 2599 2501 2403 2550 2501 2452 2452 2354 2256 1～1.2 1.4～1.6 1.8～2 2.2～2.5 2.8～ 3.4 3.5 3.8～ 4.2 4.5 4.8～ 5.3 5.5～6 1765 1716 1667 1618 1569 1471 1422 1373 1324 1275
钢材主要是5种类型：建材、板材、管材、型材和原材料。建材又分为两种：螺纹钢、线材 1.定义：热轧带肋钢筋的牌号由HRB和牌号的屈服点的最小值构成。 2.分类：钢筋混凝土用钢筋按外形分为：光圆钢筋和变形钢筋，按交货状态分为：直条和盘圆。 光圆钢筋实际上就是普通低碳钢的小圆钢和盘钢。变形钢筋是表面带肋的钢筋，带有两道纵肋和沿长度方向分布的横肋，横肋的形状有人字形，月牙形，螺旋形。 3.规格：8.10.12.1 4.16.18.20.22.2 5.28.32.3 6.40.50mm 4.含钒新三级螺纹钢的优点：经济，强度高、韧性好，易焊接，抗震，施工方便。 5.交货定尺：9米和12米定尺。 二、线材 圆钢 1.定义：截面呈圆形的实心长条钢铁。 2.分类：热轧，锻制，冷拉 3.规格：10.12.1 4.16.18.20.22.2 5.28.30.32.34.35.3 6.38.40.42mm 4.钢种：Q215,Q235 线材 1.定义：直径5-10mm的热轧圆钢和10mm以内的螺纹钢统称为线材。 2.分类：普通低碳钢轧盘条，电焊盘条，爆破线用盘条，调制螺纹盘条，优质盘条。 3.用途：钢筋混凝土的配筋和焊接构件或再加工原料，螺栓，螺钉等。 普线
1.定义：普通低碳钢热轧圆盘条 2.规格：普线的规格：6.5mm,8mm,10mm 盘螺：6mm,8mm,10mm 3.普线与高线的区别： 高线是采用高速线材轧机进行轧制，生产节奏快，速度在80-160米/秒，盘重大，包装比较紧匝，漂亮，表面光洁度好，一捆线材只有一个接头，一捆线材是整的没有断开。 普线在普通轧机上轧制，速度在20-60米/秒，一捆线材有4-6个接头，包装较松，凌乱。 优质线材 1.定义：优质碳素结构钢热轧盘条。 2.规格：08f、10、35mn、50mn、65、75mn 钢绞线 1.材质：SWRS82B 2.分类：镀锌钢绞线，预应力钢绞线 3.用途：镀锌钢绞线主要能用于承力索，拉线，加强芯等。 预应力钢绞线主要用于铁路轨枕，高速公路，桥梁，城市立交等。 硬线：含碳量较高的优质碳素钢盘条 1.材质：45#.50# 2.用途：主要用于生产碳素结构钢丝，胎圈钢丝，钢丝绳等。 齿轮钢：材质：20CrMnTi 用途：生产各种齿轮和机械零件 轴承钢：
根据GB/T 13304《钢分类》标准，按照基本性能及使用特性一，弹簧钢属于机械结构用钢；按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。按照化学成分分类：1.碳素弹簧钢。· 2.合金弹簧钢。 1、碳素弹簧钢:多采用材质为：65#,70#、65Mn、82B、72A、72B钢丝，特点是可塑性低，弹性强，抗应力能力强.用途：多用于席梦思床、汽车及各种靠垫、机械制造、文具电动工具、体育用械、扭簧用、拉簧用、电器设备等行业.。规格范围：线径Φ0.20mm-Φ6.50mm. 标准：碳素弹簧钢丝国家标准GB4357-89 主要用途：用于制造在冷状态下缠绕成形而不经淬火的弹簧 2.合金弹簧钢：合金弹簧弹钢是用于制造制弹簧或者其他弹性零件的钢种。弹簧一般是在交变应力下工作，常见的破坏形式是疲劳破坏，因此，合金弹簧钢必须具有高的屈服点和屈强比（σs/ σb）、弹性极限、抗疲劳性能，以保证弹簧有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷。同时，合金弹簧钢还要求具有一定的塑性与韧性，一定的淬透性，不易脱碳及不易过热。一些特殊弹簧还要求有耐热性、耐蚀性或在长时间内有稳定的弹性。中碳钢和高碳钢都可作弹簧使用，但因其淬透性和强度较低，只能用来制造截面较小、受力较小的弹簧。合金弹簧钢则可制造截面较大、屈服极限较高的重要弹簧 常见弹簧材料种类： 1、油淬火回火弹簧钢丝 2、碳素弹簧钢丝 3、非机械弹簧用碳素弹簧钢丝 4、工具钢冷轧钢带 5、回火弹簧钢丝用热扎盘条
6、铬钒弹簧钢丝 7、铬钒合金弹簧钢丝 8、硅锰合金弹簧钢丝 9、火铬硅合金弹簧钢丝 10、硅锰弹簧钢丝 11、铬钒弹簧钢丝 12、铬硅弹簧钢丝 13、弹簧钢钢材
圆柱螺旋弹簧的结构制造材料及许用应力 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力 (一) 圆柱螺旋弹簧的结构形式 1. 圆柱螺旋压缩弹簧? 如下左图所示，弹簧的节距为p,在自由状态下，各圈之间应有适当的间距δ，以便弹簧受压时，有产生相应变形的可能。为了使弹簧在压缩后仍能保持一定的弹性，设计时还应考虑在最大载荷作用下，各圈之间仍需保留一定的间距δ1。δ1的大小一般推荐为: δ1=≥ 式中d为弹簧丝的直径。 圆柱螺旋压缩弹簧 圆柱螺旋压缩弹簧的端面圈 弹簧的两个端面圈应与邻圈并紧(无间隙)，只起支承作用，不参与变形，故称为死圈。当弹簧的工作圈数n≤7时，弹簧每端的死圈约为圈；n>7时，每端的死圈约为1～圈。这种弹簧端部的结构有多种形式(上右图)最常用的有两个端面圈均与邻圈并紧且磨平的YI型(图a)、并紧不磨平的YIII型(图c)和加热卷绕时弹簧丝两端锻扁且与邻圈并紧(端面圈可磨平，也可不磨平)的YII型(图b) 三种。在重要的场合，应采用YI型，以保证两支承端面与弹簧的轴线垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。弹簧丝直径d≤时，弹簧
的两支承端面可不必磨平。d>的弹簧，两支承端面则需磨平。磨平部分应不少于圆周长的3/4。端头厚度一般不小于d/8，端面粗糙度应低于。 2．圆柱螺旋拉伸弹簧 如下左图所示，圆柱螺旋拉伸弹簧空载时，各圈应相互并拢。另外，为了节省轴向工作空间，并保证弹簧在空载时各圈相互压紧，常在卷绕的过程中，同时使弹簧丝绕其本身的轴线产生扭转。这样制成的弹簧，各圈相互间即具有一定的压紧力，弹簧丝中也产生了一定的顶应力，故称为有预应力的拉伸弹簧。这种弹簧一定要在外加的拉力大于初拉力P0后，各圈才开始分离，故可较无预应力的拉伸弹簧节省轴向的工作空间。拉伸弹簧的端部制有挂钩，以便安装和加载。挂钩的形式如下右图所示。其中LI型和LII型制造方便，应用很广。但因在挂钩过渡处产生很大的弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径d≤l0mm的弹簧中。LVII、LVIII型挂钩不与弹簧丝联成一体，故无前述过渡处的缺点，而且这种挂钩可以转到任意方向，便于安装。在受力较大的场合，最好采用LVII型挂钩，但它的价格较贵。 圆柱螺旋拉伸弹簧
[常用牌号]： 常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途。 常用的合金弹簧钢有60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA等。 60Si2Mn钢是应用最广泛的合金弹簧钢，其生产量约为合金弹簧钢产量的80％。它的强度、淬透性、耐回火性都比碳素弹簧钢高，工作温度达250℃，缺点是脱碳倾向较大，适于制造厚度小于10mm的板簧和截面尺寸小于25mm的螺旋弹簧，在重型机械、铁道车辆、汽车、拖拉机上都有广泛的应用。 30W4Cr2VA是高强度的耐热弹簧，用于500℃以下工作的 [弹簧成型方法]： 对直径或板簧厚度大于10 mm的大弹簧，可在比正常淬火温度高出50～80℃的温度热成形，对直径或板簧厚度小于8～10mm的小弹簧，常用冷拔弹簧钢丝冷卷成形。 为保证弹簧具有高的强度和足够的韧性，通常50CrVA钢的力学性能与60Si2Mn钢相近，但淬透性更高，钢中Cr和V能提高弹性极限、强度、韧性和耐回火性，常用于制作承受重载荷、工作温度较高及截面尺寸较大的弹簧。锅炉主安全阀弹簧、汽轮机汽封弹簧等。 常采用淬火+中温回火。对热成形弹簧，可采用热成形余热淬火，对热冷成形的弹簧，有时可省去淬火、中温回火工艺，成形后只需进行200～300℃进行去应力退火即可。弹簧钢热处理后通常进行喷丸处理，其目的是在弹簧表面产生残余压应力，以提高弹簧的疲劳强度。 [性能]： 硬度为40～48HRC，有较高的弹性极限和疲劳强度，以及一定的塑性和韧性弹簧是起缓冲、减振和储能等作用。弹簧一般是在交变应力下工作，常见的破坏形式是疲劳破坏，因此，必须具有高的屈服点和屈强比（σs/ σb）、弹性极限、抗疲劳性能，以保证弹簧有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷。同时，弹簧钢还要求具有一定的塑性与韧性，一定的淬透性，不易脱碳及不易过热。一些特殊弹簧还要求有耐热性、耐蚀性或在长时间内有稳定的弹性。 中碳钢和高碳钢都可作弹簧使用，但因其淬透性和强度较低，只能用来制造截面较小、受力较小的弹簧。合金弹簧钢则可制造截面较大、屈服极限较高的重要弹簧。[化学成分]： 合金弹簧钢为中、高碳成分，一般wC=0.5％～0.7％，以满足高弹性、高强度的性能要求。加入的合金元素主要是Si、Mn、Cr，作用是强化铁素体、提高淬透性和耐回火性。但加入过多的Si会造成钢在加热时表面容易脱碳，加入过多的Mn容易使晶粒长大。加入少量的V和Mo可细化晶粒，从而进一步提高强度并改善韧性。此外，它们还有进一步提高淬透性和耐回火性的作用。 55Si2Mn特性：强度大、弹性极限好，屈服比值高，热处理后韧性较好，焊接性差，冷变形塑性低，切削性尚好，淬透性较65、65Mn钢高，临界淬透直径：油中约为25~57mm；水中约为44~88mm；此钢宜油淬、水淬时有形成裂纹倾向，无回火脆性倾向，且具有抗回火稳定和抗松弛稳定性；钢中夹杂物较高，轧制较困难，表面易出疵病，脱碳倾向大；适宜在淬火并中温回火状态下使用。用途：适用于制造铁道车辆、汽车、拖拉机等承受中等载荷的扁形弹簧、直径<25mm的螺旋形弹簧、缓冲弹簧以及汽缸安全阀门等高应力下工作的重要弹簧。 55Si2MnB特性：性能与55Si2Mn钢相近，但淬透性更高，在油中临界淬透直径约为90~180mm，疲劳强度也显著提高。用途：适用于制造中、小型截面的钢板弹簧，如汽车上的前后副钢板弹簧。
弹簧质量阻尼系统模型 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
自动控制原理综合训练项目 题目：关于MSD系统控制的设计 目录 弹簧-质量-阻尼器系统建模与频率特性分析
1设计任务及要求分析 初始条件 已知机械系统如图。 1 k y p 2 k 图机械系统图 要求完成的任务 （1）推导传递函数) ( /) (s X s Y，) ( /) (s P s X， （2）给定m N k m N k m s N b g m/ 5 , / 8 , / 6.0 , 2.0 2 1 2 = = ? = =，以p为输入)(t u （3）用Matlab画出开环系统的波特图和奈奎斯特图，并用奈奎斯特判据分析系统的稳定性。 （4）求出开环系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度。 （5）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab源 程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。
任务分析 由初始条件和要求完成的主要任务，首先对给出的机械系统进行受力分析，列出相关的微分方程，对微分方程做拉普拉斯变换，将初始条件中给定的数据代入，即可得出)(/)(s X s Y ，)(/)(s P s X 两个传递函数。由于本系统是一个单位负反馈系统，故求出的传递函数即为开环传函。后在MATLAB 中画出开环波特图和奈奎斯特图，由波特图分析系统的频率特性，并根据奈奎斯特判据判断闭环系统位于右半平面的极点数，由此可以分析出系统的稳定性。最后再计算出系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度，并进一步分析其稳定性能。 2系统分析及传递函数求解 系统受力分析 单自由度有阻尼振系的力学模型如图2-1所示，包括弹簧、质量及阻尼器。以物体的平衡位置0为原点，建立图示坐标轴x 。则物体运动微分方程为 kx x c x m －＝－ （2-1） 式中 ： x c -为阻尼力，负号表示阻尼力方向与速度方向相反。 图2-1 将上式写成标准形式，为 0=++kx x c x m (2-2） 令p 2= m k , m c n =2, 则上式可简化为 022=++p x n x (2-3) 这就是有阻尼自由振动微分方程。它的解可取st e x =，其中
精心整理选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、 工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。 为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。 弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。 碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，但弹性极限低； 3.弹簧的工作极限应力τlim：Ⅰ类≤1.67[τ]；Ⅱ类≤1.25[τ]；Ⅲ类≤1.12[τ]。 4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。
弹簧常用材料（摘自GB/T1239.6-92）
我认为65Mn比较好,不知道你们用弹簧钢做什么产品,请看65Mn,60Si2Mn,50CrV A弹簧钢的区别65Mn 1综述：该钢为常用弹簧钢。它强度高、淬透性好、脱碳倾向小、价格低、切削加工性好。但有过热敏感性，易产生淬火裂纹，并有回火脆性。用途广泛，用于制造各种截面较小的扁、圆弹簧、板簧和弹簧片。 2相当于国外牌号：65Γ（俄）、1065（美）、080A67\EN43E（英）。 3成分（WC%）C:0.62-0.75Mn0.90-1.20Si:0.17-0.37S≤0.030P≤0.035Cr≤0.25Ni≤0.25 4热处理制度：830℃OC+540℃AC（回火、空冷） 5技术条件规定的性能 60Si2MnA 1综述 较 2 30.35；Ni≤ 4 5 50CrV A 1综述 2 30.80～1.10； 4 5 说明：δ δ5 δp δ10 δ0.22% ψ断面收缩率(%) OC油冷 HBS布氏硬度 WC水冷 HRC(RC)洛氏硬度 AC空冷 HBV纸氏硬度 65Mn,60Si2Mn,50CrV A弹簧钢的区别 弹簧材料的发展 发布时间：2010年05月31日 弹簧应用技术的发展，对材料提出了更高的要求。主要是在高应力下的提高疲劳寿命和抗松弛性能；其次是根据不同的用途，要求具有耐蚀性、非磁性、导电性、耐磨性、耐热性等。为此，弹簧材料