螺旋弹簧是一种常见的
蓄能器,具有储存能量的功能。尽管它不能缓慢地释放能量,但通过与大传动比机构的结合,可以实现这一功能。螺旋弹簧在
机械表等设备中广泛使用。螺旋弹簧的历史可以追溯到古代的
弓和弩,这些装置在广义上可以被视为螺旋弹簧。
螺旋弹簧的发明者是
英国科学家
罗伯特·胡克(Robert Hooke),尽管螺旋压缩弹簧在胡克之前已经出现并广泛使用。胡克提出了“
胡克定律”,即弹簧的伸长量与所受力的大小成正比。这一原理在1776年被应用于
弹簧秤的发明。不久后,胡克本人也发明了专供钟表使用的弹簧。符合“虎克定律”的弹簧被认为是真正意义上的弹簧。
碟形弹簧由法国人贝勒维尔发明,是一种截锥形截面的垫圈式弹簧。随着近代工业的发展,出现了多种新型弹簧,如
气弹簧、橡胶弹簧、涡卷弹簧、模具弹簧、
不锈钢弹簧、
空气弹簧和记忆合金弹簧等。
螺旋弹簧根据不同的特性可分为多种类型。按工作时受载荷的特性,可分为压缩、拉伸和扭转三种。按结构特点,可分为圆柱螺旋弹簧和变径螺旋弹簧两大类,其中变径螺旋弹簧主要承受压缩载荷。按形状特点,可分为圆锥形、涡卷形、中凹形和中凸形。在生产和使用上,螺旋弹簧还可按成型方法与材料直径大小分为大型螺旋弹簧和小型螺旋弹簧两类,前者通常是热成形,后者是冷成形。此外,螺旋弹簧还可按外型分为普通圆柱螺旋弹簧和变径螺旋弹簧,以及按螺旋线方向分为左旋弹簧和右旋弹簧。变径螺旋弹簧包括圆锥螺旋弹簧、蜗卷螺旋弹簧和中凹形螺旋弹簧。
螺旋弹簧具有精密的调节性能、柔软性能好、制造容易、结构紧凑和能量利率高等特点。例如,圆锥螺旋弹簧缓冲性能较好,能承受较大载荷;蜗卷螺旋弹簧能储存较多能量和承受较大载荷,但制造工艺较为复杂;中凹形螺旋弹簧的性能与圆锥螺旋弹簧相似,多用于坐垫和床垫等。弹簧钢丝的截面有圆形和矩形等,以圆形截面最为常用。
螺旋弹簧在机械和
电子行业中广泛使用,具有控制机械运动、吸收振动和冲击能量、储存及输出能量作为动力以及用作测力元件等功能。在弹性限度内,弹簧的伸长(或收缩)与外力成正比,这一性质被广泛应用于测量工具中。
在
机车汽车车架与车轮之间装有弹簧,利用弹簧的弹性来减缓车辆的颠簸。
汽车中的螺旋弹簧承担了承载车身重量和减缓道路颠簸的功能。在独立悬挂的
车桥分成两段,每只车轮由螺旋弹簧独立安装在
车架下面,当一边车轮发生跳动时,另一边车轮不受影响,两边的车轮可以独立运动,提高了汽车的平稳性和舒适性。