第九节 弹簧《机械及零件识图》云南省（职教高考）交通运输类 知识点讲解

云南省（职教高考）交通运输类 知识点讲解 第九节 弹簧 【考情分析】 弹簧是机械装备中广泛应用的弹性元件，在交通运输类专业中，常用于汽车悬架、离合器、制动系统、发动机气门机构等核心部件。从考纲要求及历年职教高考命题趋势来看，本章节工作原理、类型、结构特点、失效形式为核心高频考点，命题以选择题为主，占机械识图模块分值的7%-10%。命题特点为结合交通运输设备实际应用场景，侧重考查弹簧的类型辨析、适用工况判断及失效形式分析，需要考生区分不同弹簧的结构特征与应用差异，掌握弹簧在减振、复位、夹紧、测力等场景中的功能实现方式。 【学习目标】 · 能够准确阐述弹簧的工作原理，理解其利用弹性变形储存和释放能量的核心作用。 · 掌握弹簧的常见分类标准，能够识别圆柱螺旋压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、板弹簧等常用类型的结构特点及适用范围。 · 牢记弹簧的主要失效形式，能够结合实际工况判断不同失效形式产生的原因及预防措施。 · 能够解答弹簧相关的选择题，准确辨析选项中的知识点误区，结合交通运输设备案例进行应用分析。 【考点梳理】 1. 原理 定义：弹簧是一种利用材料的弹性和结构特点，在外力作用下产生弹性变形，将机械能或动能转化为弹性势能储存起来；当外力去除后，弹性变形恢复，释放弹性势能并对外做功的弹性元件。其工作实质是通过变形实现能量的储存与释放，从而实现减振缓冲、复位、夹紧、测力等功能。 2. 类型 定义：弹簧按外形结构可分为螺旋弹簧、板弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、涡卷弹簧等；按受力性质可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、弯曲弹簧，其中螺旋弹簧和板弹簧是交通运输类专业考查的重点。 1　 圆柱螺旋压缩弹簧 结构：弹簧丝绕制成圆柱形，两端有支撑圈（死圈），用于保证弹簧直立和受力均匀。 受力特点：承受轴向压力，外力去除后恢复原长。 应用场景：汽车悬架系统、发动机气门弹簧、离合器压紧弹簧等。 2　 圆柱螺旋拉伸弹簧 结构：弹簧丝绕制成圆柱形，两端制有挂钩（拉环），便于安装和加载。 受力特点：承受轴向拉力，自由状态下弹簧圈相互并拢。 应用场景：汽车车门限位弹簧、行李箱盖复位弹簧、制动系统回位弹簧等。 3　 圆柱螺旋扭转弹簧 结构：弹簧丝绕制成圆柱形，两端制有扭臂，用于传递扭矩。 受力特点：承受绕轴线的扭转力矩，产生扭转变形。 应用场景：汽车座椅调节弹簧、雨刮器复位弹簧、门锁弹簧等。 4　 板弹簧（叶片弹簧） 结构：由多片长度不同、宽度一致的弹簧钢片叠加铆接而成，呈弧形。 受力特点：承受垂直于板面的载荷，利用弯曲变形实现减振缓冲。 应用场景：汽车底盘悬架系统（尤其是货车和客车），兼具减振和导向功能。 5　 碟形弹簧 结构：呈碟片状，可单片使用或多片叠加组合。 受力特点：承受轴向压力，刚度大，缓冲吸振能力强。 应用场景：汽车离合器压紧机构、重型车辆悬架缓冲装置等。 3.  失效形式 定义：弹簧在长期工作过程中，由于疲劳、过载、腐蚀、高温等原因，导致弹性丧失或结构损坏，无法实现正常功能的现象，称为弹簧的失效形式。 1　 疲劳断裂：弹簧在交变载荷作用下，弹簧丝表面或内部产生疲劳裂纹，逐渐扩展导致断裂，是弹簧最常见的失效形式。多发生在汽车悬架弹簧、气门弹簧等长期承受交变载荷的场合。 2　 塑性变形：当弹簧承受的载荷超过材料的弹性极限时，外力去除后无法恢复原长，产生永久塑性变形。多因过载、高温环境导致材料屈服强度下降引起。 3　 腐蚀失效：弹簧在潮湿、腐蚀性介质环境中发生锈蚀（如钢制弹簧）或腐蚀（如合金弹簧），导致弹簧丝截面减小、强度下降，最终断裂。常见于汽车底盘暴露在外的弹簧。 4　 磨损失效：弹簧圈之间或弹簧与其他零件接触的部位，因相对运动产生磨损，导致弹簧直径变化、刚度下降。多发生在拉伸弹簧的挂钩部位、板弹簧的片间接触部位。 4. 结构参数 定义：弹簧的结构参数是识图和加工的关键依据，对于圆柱螺旋弹簧，核心参数包括： 1　 线径d：制作弹簧的弹簧丝直径。 2　 外径D₂：弹簧的最大直径，是识图时的直观尺寸。 3　 内径D₁：弹簧的最小直径，D1=D2-2d。 4　 中径D：弹簧的平均直径，D=（D1+D2）/2，是计算弹簧刚度的重要参数。 5　 有效圈数n：参与弹性变形的弹簧圈数，支撑圈不计算在有效圈数内。 6　 自由高度H₀：弹簧不受外力时的总高度。 【例题】 1. 弹簧的核心工作原理是利用材料的（）实现能量的储存与释放 A. 塑性变形 B. 弹性变形 C. 热变形 D. 化学变形 答案：B 解析：弹簧依靠弹性变形储存能量，外力去除后变形恢复并释放能量；塑性变形是永久变形，无法实现复位功能。 2. 汽车悬架系统中广泛应用的板弹簧，其主要受力形式是（） A. 轴向压缩 B. 轴向拉伸 C. 弯曲变形 D. 扭转变形 答案：C 解析：板弹簧由多片弹簧钢片叠加而成，承受垂直于板面的载荷时发生弯曲变形，起到减振缓冲作用。 3. 下列弹簧类型中，自由状态下弹簧圈相互并拢的是（） A. 圆柱螺旋压缩弹簧 B. 圆柱螺旋拉伸弹簧 C. 板弹簧 D. 碟形弹簧 答案：B 解析：圆柱螺旋拉伸弹簧为了储存初始拉力，自由状态下弹簧圈紧密并拢，承受拉力时弹簧圈分离。 4. 圆柱螺旋压缩弹簧的两端支撑圈的作用是（） A. 增加弹性 B. 便于安装 C. 保证弹簧直立受力均匀 D. 提高强度 答案：C 解析：支撑圈又称死圈，不参与弹性变形，其作用是使弹簧在压缩过程中保持直立，避免歪斜，保证受力均匀。 5. 弹簧最常见的失效形式是（） A. 塑性变形 B. 疲劳断裂 C. 腐蚀失效 D. 磨损失效 答案：B 解析：交通运输设备中的弹簧多承受交变载荷，长期工作后易产生疲劳裂纹，最终断裂，是最常见的失效形式。 6. 汽车发动机气门弹簧属于以下哪种类型的弹簧（） A. 圆柱螺旋压缩弹簧 B. 圆柱螺旋拉伸弹簧 C. 扭转弹簧 D. 板弹簧 答案：A 解析：气门弹簧承受轴向压力，使气门紧密贴合气门座，外力去除后复位，属于圆柱螺旋压缩弹簧。 7. 下列措施中，不能有效预防弹簧腐蚀失效的是（） A. 对弹簧进行镀锌处理 B. 定期涂抹防锈油脂 C. 提高弹簧的工作载荷 D. 采用不锈钢材质制作弹簧 答案：C 解析：提高工作载荷会增加弹簧的应力，加速疲劳失效，无法预防腐蚀；镀锌、涂防锈油、采用不锈钢材质均可提升弹簧的耐腐蚀性。 8. 关于圆柱螺旋弹簧的中径，下列说法正确的是（） A. 中径是弹簧的最大直径 B. 中径等于外径与内径的平均值 C. 中径与弹簧刚度无关 D. 中径是弹簧丝的直径 答案：B 解析：圆柱螺旋弹簧的中径计算公式为D=（D1+D2）/2，即外径与内径的平均值，是计算弹簧刚度的关键参数。 【高考题实战】 1. 汽车离合器压紧弹簧需要承受较大的轴向压力，且要求刚度稳定，最适合采用的弹簧类型是（） A. 圆柱螺旋压缩弹簧 B. 圆柱螺旋拉伸弹簧 C. 扭转弹簧 D. 涡卷弹簧 答案：A 解析：圆柱螺旋压缩弹簧能承受较大轴向压力，刚度稳定，符合离合器压紧弹簧的工作要求；拉伸弹簧承受拉力，扭转弹簧承受扭矩，均不适用。 2. 某汽车悬架弹簧在长期使用后出现永久变形，无法恢复原长，其失效原因最可能是（） A. 承受载荷超过弹性极限 B. 交变载荷导致疲劳 C. 潮湿环境导致腐蚀 D. 片间摩擦导致磨损 答案：A 解析：当弹簧承受的载荷超过材料弹性极限时，会产生永久塑性变形；疲劳断裂表现为弹簧断裂，腐蚀会导致截面减小，磨损会导致直径变化，均不会直接产生永久变形。 3. 下列弹簧类型中，兼具减振和导向功能的是（） A. 圆柱螺旋压缩弹簧 B. 板弹簧 C. 碟形弹簧 D. 扭转弹簧 答案：B 解析：板弹簧由多片钢片叠加而成，在实现减振缓冲的同时，可限制车轮的横向和纵向位移，兼具导向功能，广泛应用于货车悬架系统。 4. 弹簧的疲劳断裂多发生在（） A. 弹簧丝直径最大处 B. 弹簧圈的接触部位 C. 弹簧丝表面或应力集中处 D. 支撑圈部位 答案：C 解析：弹簧在交变载荷作用下，应力集中处（如弹簧丝弯折处）或表面缺陷处易产生疲劳裂纹，逐渐扩展导致断裂；支撑圈不参与变形，不易断裂。 5. 汽车车门限位弹簧用于限制车门的开启角度，当车门关闭时弹簧储存能量，开启时释放能量，该弹簧类型最可能是（） A. 压缩弹簧 B. 拉伸弹簧 C. 扭转弹簧 D. 板弹簧 答案：C 解析：车门限位弹簧通过扭转变形储存和释放能量，控制车门的开启角度，属于扭转弹簧；压缩和拉伸弹簧承受轴向力，不适合该工况。 6. 关于板弹簧的结构特点，下列说法错误的是（） A. 由多片长度不同的弹簧钢片叠加而成 B. 自由状态下呈弧形 C. 片间摩擦可增强减振效果 D. 支撑圈是其核心受力部分 答案：D 解析：支撑圈是圆柱螺旋压缩弹簧的结构部件，板弹簧由叠加的钢片组成，无支撑圈结构；板弹簧片间摩擦可消耗振动能量，增强减振效果。 7. 下列工况中，弹簧最容易发生腐蚀失效的是（） A. 发动机气门弹簧（高温干燥） B. 汽车底盘悬架弹簧（潮湿多尘） C. 雨刮器复位弹簧（室内干燥） D. 门锁弹簧（封闭环境） 答案：B 解析：汽车底盘悬架弹簧长期暴露在潮湿多尘的环境中，易发生锈蚀，导致腐蚀失效；其他选项的弹簧工作环境干燥或封闭，腐蚀风险低。 8. 圆柱螺旋弹簧的有效圈数是指（） A. 弹簧的总圈数 B. 两端支撑圈的数量 C. 参与弹性变形的弹簧圈数 D. 弹簧圈的总数减去1 答案：C 解析：有效圈数是指弹簧在承受载荷时参与弹性变形的圈数，两端的支撑圈不参与变形，不计入有效圈数。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $