第四章 4-4 弹簧《机械基础》四川省（对口招生）智能制造类 分层作业

四川省（对口招生）智能制造类《机械基础》 分层作业 模块4 连接｜4-4 弹簧｜基础巩固 · 能力提升 · 拓展挑战｜学生版 班级：__________　姓名：__________　任课教师：__________ 【作业说明】 1．本作业按「基础巩固→能力提升→拓展挑战」三个认知层次编写，每个层次均设判断、填空、单选、多选、解答五种题型，每种题型 5 道小题，全卷共 75 题；每层满分100 分。教师可按学情单独布置某一层，或分层选做，实现差异化作业。 2．命题依据：四川省普通高校对口招生《机械基础》考纲中关于弹簧的功用与类型、圆柱螺旋压缩弹簧的主要几何参数、弹簧的特性线与刚度、弹簧的变形与应力、常用弹簧材料及热处理等条目。参考教材：李世维主编《机械基础》（机械类）第二版。 3．三层功能定位：基础巩固（A 层）——识记与理解，直接对应考纲原文，用于课前预习与课后基础过关；能力提升（B 层）——应用与分析，读特性线、算刚度与变形，把知识放到压簧、拉簧、碟簧、板簧等具体零件上考查；拓展挑战（C 层）——综合与迁移，含弹簧参数变化对刚度的影响、串并联与组合、非线性特性线及整机选型。 4．全卷有配图的题目共 23 道，图号按全卷顺序编排，与题干中的「图 N」一一对应。 5．题号后带「※」的题目，选自四川省普通高校对口招生全省联合模拟考试（加工制造类）卷及四川省对口招生《机械基础》公开题库中的真题（部分题目按本卷题型要求作了小幅改写）。三个层次、五种题型中每一格都至少含 1 道这样的真题，共 15 道。 6．判断题在题末统一给出一对括号「（　）」，作答时在括号内填「√」或「×」即可。 【分值分布】 层次（题号） 判断题 5×2 分 填空题 5×4 分 单选题 5×3 分 多选题 5×4 分 解答题 5×7 分 合计 一、基础巩固（第 1~25 题） 10 20 15 20 35 100 二、能力提升（第 26~50 题） 10 20 15 20 35 100 三、拓展挑战（第 51~75 题） 10 20 15 20 35 100 一、基础巩固（A 层 · 第 1~25 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 1．※弹簧是机械设备中广泛使用的弹性零件，它既能利用弹性变形起缓冲与吸振的作用，也可以用来测量力的大小。（　） 2．图 1 所示的圆柱螺旋压缩弹簧，两端并紧磨平的几圈称为支承圈，它们在工作时基本不参与变形。（　） 图 1　圆柱螺旋压缩弹簧的外形 3．图 2 所示的弹簧端部制有钩环，它在自由状态下各圈相互并紧，工作时主要承受轴向拉力。（　） 图 2　圆柱螺旋拉伸弹簧的外形 4．弹簧按受力性质分为压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧等，同一根弹簧既可以用作压缩弹簧，也可以改作扭转弹簧使用。（　） 5．60Si2Mn 和 50CrVA 都是弹簧钢，其中 50CrVA 常用于制造汽车悬架上的钢板弹簧。（　） （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 6．图 3 为圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数标注图，图中①～④分别表示弹簧的一个几何参数。请写出：①是____；②是____；③是____；④是____。 图 3　圆柱螺旋压缩弹簧几何参数的标注 7．图 4 给出四种常用弹簧的外形示意，图中①～④分别对应一种弹簧。请写出它们的名称：①是____；②是____；③是____；④是____。 图 4　四种常用弹簧的外形 8．图 5 为某圆柱螺旋压缩弹簧的特性线。由图可知，该弹簧所受载荷 F 与变形量λ 成____关系；把图上任一点对应的载荷与变形量相比，所得比值称为弹簧的____。 图 5　圆柱螺旋压缩弹簧的特性线 9．※弹簧中径 D 与材料直径 d 的比值称为弹簧的____，它反映弹簧丝卷绕的松紧程度，常用范围一般为____。 10．弹簧的材料主要有碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢，其中 60Si2Mn 属于____弹簧钢；弹簧卷制成形后一般要经淬火和____回火处理，以获得高的弹性极限。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 11．图 6 给出四种使用弹簧的场合。其中主要利用弹簧储存和输出能量的是（ ）。 图 6　使用弹簧的四种场合 A．A 汽车悬架上的钢板弹簧 B．B 弹簧秤中的测力弹簧 C．C 钟表中的平面涡卷弹簧 D．D 离合器中的复位弹簧 12．用弹簧秤称量物体时，弹簧的伸长量与所称物体的重力（ ）。 A．成正比　　B．成反比　　C．与重力的平方成正比　　D．无关 13．图 7 所示的弹簧由薄钢板冲压成截锥形，能承受很大的轴向压力而变形很小，常用于模具、机床中作强力压紧与缓冲。该弹簧是（ ）。 图 7　碟形弹簧 A．圆柱螺旋压缩弹簧　　B．碟形弹簧　　C．圆柱螺旋扭转弹簧　　D．平面涡卷弹簧 14．下列材料中，最不适合作弹簧材料的是（ ）。 A．碳素弹簧钢丝　　B．60Si2Mn　　C．50CrVA　　D．HT200 灰铸铁 15．※某圆柱螺旋压缩弹簧的弹簧中径 D=24 mm、材料直径 d=4 mm，则其外径与内径分别为（ ）。 A．D2=28 mm，D1=20 mm B．D2=20 mm，D1=28 mm C．D2=26 mm，D1=22 mm D．D2=24 mm，D1=20 mm （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 16．※下列有关圆柱螺旋压缩弹簧与板弹簧的说法，正确的有（ ）。 A．圆柱螺旋压缩弹簧广泛用于缓冲、减振和压紧装置 B．汽车悬架上的钢板弹簧由多片长度不等的弹簧钢板叠成 C．板弹簧工作时只能承受拉力，不能承受弯曲 D．圆柱螺旋压缩弹簧的两端通常并紧磨平 17．图 8 为圆柱螺旋压缩弹簧的剖视示意图。该弹簧的圈数有下面几种说法，正确的有（ ）。 图 8　圆柱螺旋压缩弹簧的剖视示意 A．参与变形的工作圈称为有效圈 B．支承圈越多，弹簧的有效圈数越多 C．总圈数等于有效圈数与支承圈数之和 D．两端并紧磨平的支承圈在工作中也参与变形 18．弹簧的类型很多。下列有关弹簧类型及其应用的说法，正确的有（ ）。 A．钟表、卷尺中常用平面涡卷弹簧储存能量 B．弹簧按受力性质可分为压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧 C．扭转弹簧的端部常做成扭臂，工作时产生扭转变形 D．所有弹簧在工作时都只承受压力 19．绘制圆柱螺旋压缩弹簧时，需要标注若干几何参数。下列有关这些参数的说法，正确的有（ ）。 A．材料直径 d 是卷制弹簧所用弹簧丝的直径 B．自由高度 H0 是弹簧未受载荷时的总高度 C．弹簧中径 D 就是弹簧的外径 D2 D．外径等于弹簧中径与材料直径之和 20．某圆柱螺旋压缩弹簧的载荷与变形量成正比。关于它的特性线，正确的说法有（ ）。 A．特性线表示弹簧所受载荷与变形量之间的关系 B．等节距压缩弹簧的特性线是一条过原点的直线 C．载荷与变形量成正比时，弹簧的刚度是常数 D．特性线的斜率越大，弹簧越软 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 21．图 9 中，某圆柱螺旋压缩弹簧在轴向压力作用下产生弹性变形。已知载荷由 0增大到 400 N 时，弹簧的变形量由 0 增大到 20 mm，且在此范围内弹簧的载荷与变形量成正比。请回答下列各题： （1）说明弹簧特性线的含义； （2）计算该弹簧的刚度； （3）若载荷继续增大到 600 N（仍在弹性范围内），弹簧的变形量是多少？ 图 9　弹簧受轴向压力时的变形 22．说明圆柱螺旋压缩弹簧的结构特点，并解释什么是有效圈数、支承圈和总圈数。 23．圆柱螺旋扭转弹簧与碟形弹簧在结构特点和应用场合上有什么不同？ 24．※某圆柱螺旋压缩弹簧的材料直径 d=3 mm、弹簧中径 D=24 mm，总圈数 n1 为12 圈（两端并紧磨平，支承圈取 2 圈）。请回答下列各题： （1）计算该弹簧的旋绕比 C； （2）计算该弹簧的有效圈数 n，并说明旋绕比过大或过小对弹簧有何影响。 25．弹簧的功用有哪些？请分别举出一个例子加以说明。 二、能力提升（B 层 · 第 26~50 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 26．弹簧之所以能起缓冲吸振作用，是因为它在受冲击时通过弹性变形把冲击能量暂时储存起来，延长了作用时间，从而减小了冲击力的峰值。（　） 27．※图 10 所示的钢板弹簧由多片长度不等的弹簧钢板叠成，工作时主要承受弯曲变形。（　） 图 10　汽车悬架上的钢板弹簧 28．把两片碟形弹簧反向对置（对合）组合使用，可以得到比单片弹簧更小的刚度。（　） 29．两根刚度相同的弹簧串联以后，其总刚度小于其中任意一根弹簧的刚度。（　） 30．圆柱螺旋压缩弹簧工作时，弹簧丝截面上主要产生拉应力，因此应按拉伸强度进行校核。（　） （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 31．※图 11 为圆柱螺旋压缩弹簧的剖视示意图。图中参与变形的工作圈称为____圈；两端并紧磨平、工作时基本不参与变形的圈称为____圈，其数目一般为____圈。 图 11　圆柱螺旋压缩弹簧的剖视示意 32．圆柱螺旋压缩弹簧被压缩到各圈相互接触时的高度，称为弹簧的____高度；弹簧的最大变形量等于自由高度与该高度之差。 33．图 12 所示的弹簧两端制有扭臂，工作时用扭臂对其施加力矩，使弹簧产生扭转变形，这种弹簧称为____弹簧，常用于夹紧、复位及压紧装置中。 图 12　圆柱螺旋扭转弹簧 34．弹簧丝截面上的工作应力不应超过材料的____切应力；把工作应力与这个应力值相比较以判断弹簧能否安全工作，这一过程称为弹簧的____校核。 35．制造弹簧常用的合金弹簧钢有 ____ 和 50CrVA 等，前者在汽车板簧和螺旋弹簧中应用最广；这类弹簧成形后一般要经淬火后再进行____回火，以获得高的弹性极限。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 36．图 13 中，A 为两片反向对置的碟形弹簧，B 为两片同向叠放的碟形弹簧。下列关于这两组碟形弹簧的说法正确的是（ ）。 图 13　碟形弹簧的两种组合方式 A．A 为叠合，承载能力增大 B．A 为对合，刚度增大而变形量减小 C．B 为叠合，承载能力和刚度都增大 D．B 为对合，变形量增大而刚度减小 37．※在其他条件相同时，减小弹簧的旋绕比 C=D/d，则该弹簧的刚度将（ ）。 A．增大　　B．减小　　C．不变　　D．先减小后增大 38．图 14 中，A 为两根弹簧串联，B 为两根弹簧并联。下列关于这两组弹簧的说法正确的是（ ）。 图 14　弹簧的串联与并联 A．A 组的总刚度大于任意一根弹簧的刚度 B．B 组的总刚度大于任意一根弹簧的刚度 C．A、B 两组的总刚度都等于单根弹簧的刚度 D．B 组的总刚度小于任意一根弹簧的刚度 39．弹簧秤的刻度之所以能够均匀等分，其根本原因是（ ）。 A．弹簧的载荷与变形量成正比，特性线是一条直线 B．弹簧的刚度随载荷的增大而增大 C．弹簧工作时弹簧丝只产生切应力 D．弹簧的自由高度在测量过程中保持不变 40．机器中的缓冲弹簧受到冲击时，下面说法正确的是（ ）。 A．冲击能量被彻底消灭，不再存在 B．机器的刚度因此增大 C．冲击能量全部转化为摩擦热 D．弹簧通过弹性变形把冲击能量储存起来，减小冲击力的峰值 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 41．在弹性范围内，圆柱螺旋压缩弹簧所受载荷与变形量的关系可用特性线来表示。下列说法正确的有（ ）。 A．在弹性范围内，变形量 λ 与所加载荷 F 成正比 B．刚度 k=F/λ，在数值上等于特性线的斜率 C．刚度越大的弹簧越软 D．刚度越大，产生单位变形量所需要的载荷越大 42．※某圆柱螺旋压缩弹簧的材料直径 d、弹簧中径 D 和有效圈数 n 都可以改变。在其他条件不变时，下列说法正确的有（ ）。 A．增大材料直径 d，弹簧的刚度增大 B．增大弹簧中径 D，弹簧的刚度减小 C．增加有效圈数 n，弹簧的刚度减小 D．增大弹簧中径 D，弹簧的刚度增大 43．图 15 为弹簧丝截面上的应力分布示意（A 为按直杆扭转公式算出的名义分布，B 为考虑弹簧丝曲率后的实际分布）。下列有关弹簧丝截面应力的说法正确的有（ ）。 图 15　弹簧丝截面上的切应力分布 A．弹簧丝截面上主要产生切应力 B．弹簧丝外侧的切应力最大 C．弹簧丝的曲率使内侧切应力明显大于按直杆公式算出的值 D．计算时用曲度系数对名义切应力加以修正 44．圆柱螺旋压缩弹簧是应用最广的一类弹簧。下列关于它的说法正确的有（ ）。 A．它的两端必须制成钩环以便承受拉力 B．等节距压簧的特性线是一条过原点的直线 C．它可以制成变节距的，以得到非线性的特性线 D．它是应用最广的一种弹簧 45．拉伸弹簧与压缩弹簧在结构上差别很大。下列关于圆柱螺旋拉伸弹簧的说法正确的有（ ）。 A．端部制有钩环，以便安装并承受轴向拉力 B．自由状态下各圈相互并紧 C．工作时弹簧丝截面上主要产生弯曲应力 D．它的特性线一定是一条经过坐标原点的直线 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 46．※图 16 为某圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数示意图。已知该弹簧的弹簧中径D=30 mm、材料直径 d=5 mm、有效圈数 n=6 圈，材料的切变模量G=8×10⁴ MPa。请回答下列各题： （1）计算该弹簧的旋绕比 C； （2）写出弹簧变形量的计算公式，并计算在载荷 F=500 N 作用下的变形量 λ； （3）计算该弹簧的刚度 k（用 k=F/λ 计算）。 图 16　圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数 47．某圆柱螺旋压缩弹簧承受轴向载荷 F=600 N，弹簧中径 D=36 mm、材料直径d=6 mm，取曲度系数 K=1.25，弹簧材料的许用切应力 [τ]=450 MPa，π 取 3.1416。请回答下列各题： （1）写出弹簧丝截面上切应力的计算公式； （2）计算该弹簧丝截面上的最大切应力 τ； （3）校核该弹簧的强度。 48．图 17 为拉伸弹簧的特性线示意，其起点不在坐标原点。请回答下列各题： （1）什么是拉伸弹簧的初拉力？它是怎样产生的？ （2）有初拉力的拉伸弹簧，其特性线有什么特点？ （3）初拉力在实际使用中有什么作用？ 图 17　拉伸弹簧的特性线 49．弹簧丝截面上的切应力为什么不能直接用 τ=8FD/(πd³) 计算？曲度系数起什么作用？在其他条件不变时，改变材料直径 d、弹簧中径 D 和有效圈数 n 对弹簧的刚度各有什么影响？ 50．什么是弹簧的非线性特性线？碟形弹簧的组合方式和变节距压缩弹簧分别是怎样得到非线性特性线的？各有什么实用意义？ 三、拓展挑战（C 层 · 第 51~75 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 51．※两根材料相同、有效圈数相同的弹簧，材料直径较粗的那一根刚度较小。（　） 52．图 18 所示的弹簧由钢带在平面内卷绕而成，主要用来储存能量，多用于钟表、卷尺一类器具中。（　） 图 18　平面涡卷弹簧 53．把两根弹簧并联使用时，两根弹簧所受的力相等。（　） 54．弹簧的压并高度是各圈相互接触时的高度，弹簧的最大变形量等于自由高度减去压并高度。（　） 55．把压缩弹簧制成变节距的，其目的是使弹簧得到线性的特性线。（　） （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 56．※圆柱螺旋压缩弹簧的变形量可用公式 λ=____ 计算（用 F、D、n、G、d 表示）；由该式可知，当载荷 F 一定时，弹簧中径 D 越大，变形量越大，弹簧越软。 57．等节距压缩弹簧的特性线是一条直线；把弹簧做成____节距的，或者采用组合弹簧，就可以获得非线性的特性线。 58．弹簧丝截面上的最大切应力可按 τ=____·8FD/(πd³) 计算，式中那个大于 1 的修正因素称为____系数。 59．圆柱螺旋压缩弹簧受轴向载荷作用时，弹簧丝截面上主要产生____应力；由于弹簧丝曲率的影响，该应力的最大值出现在弹簧丝的____侧。 60．碟形弹簧按同向叠放的方式组合时，其承载能力和刚度都____；按反向对置的方式组合时，其变形量增大而刚度____。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 61．图 19 中某圆柱螺旋压缩弹簧的特性线是一条过原点的直线，当载荷 F 为 200 N时，弹簧的变形量 λ 为 4 mm。该弹簧的刚度为（ ）。 图 19　圆柱螺旋压缩弹簧的特性线 A．0.02 N/mm　　B．50 N/mm　　C．200 N/mm　　D．800 N/mm 62．※某圆柱螺旋压缩弹簧的材料直径 d=4 mm、弹簧中径 D=25 mm、有效圈数 n=5 圈，材料的切变模量 G=8×10⁴ MPa。该弹簧的刚度约为（ ）。 A．16.4 N/mm　　B．32.8 N/mm　　C．65.5 N/mm　　D．8.2 N/mm 63．图 20 给出 A、B 两条弹簧的特性线。关于这两条特性线，下列说法正确的是（ ）。 图 20　两条弹簧的特性线 A．A 为非线性特性线，B 为线性特性线 B．A 为线性特性线，B 为非线性特性线 C．A、B 两条特性线所对应的弹簧刚度都是常数 D．A 特性线说明该弹簧不能承受载荷 64．某弹簧工作时弹簧丝截面上的最大切应力为 400 MPa，其材料的许用切应力为500 MPa，则该弹簧的强度（ ）。 A．不足，应加大材料直径 B．足够，满足强度条件 C．无法判断 D．刚好达到强度极限 65．在其他条件不变时，把弹簧的材料直径 d 增大到原来的 2 倍，则弹簧的刚度将变为原来的（ ）。 A．2 倍　　B．4 倍　　C．8 倍　　D．16 倍 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 66．缓冲弹簧在机器中用来减小冲击和振动。下列有关其工作原理的说法正确的有（ ）。 A．弹簧受冲击时通过弹性变形把冲击能量转化为弹性势能储存起来 B．弹簧缓冲时冲击能量会被彻底消灭，不再存在 C．弹簧能延长冲击力与机件之间的作用时间，从而减小冲击力的峰值 D．刚度越大的弹簧，缓冲效果一定越好 67．※选用弹簧时，下列说法正确的有（ ）。 A．弹簧的刚度越大越好，不必考虑工作条件 B．应根据工作条件和载荷性质选择合适的弹簧类型 C．各类弹簧的结构完全相同，可以随意互相替代 D．汽车悬架常用钢板弹簧或螺旋弹簧，以缓冲路面冲击 68．为满足不同的变形与承载要求，弹簧可以串联或并联使用。下列有关串、并联的说法正确的有（ ）。 A．串联后的总刚度大于任意一根弹簧的刚度 B．并联时各弹簧的变形量相同 C．串联时各弹簧所受的力相同 D．并联后的总刚度小于任意一根弹簧的刚度 69．弹簧丝截面上的切应力计算需要进行修正。下列有关其应力与修正的说法正确的有（ ）。 A．弹簧丝截面上主要产生切应力 B．旋绕比越小，曲度系数越小，弹簧越安全 C．弹簧丝的曲率使内侧的切应力大于按直杆公式算出的值 D．曲度系数用于修正曲率和切应力分布不均的影响 70．图 21 中 A 为等节距压缩弹簧、B 为变节距压缩弹簧。要获得非线性的弹簧特性线，可以采用的措施有（ ）。 图 21　等节距弹簧与变节距弹簧 A．把压缩弹簧制成变节距的 B．把碟形弹簧按对合、叠合等不同方式组合使用 C．采用内、外同心的组合弹簧 D．采用由多片钢板叠成的板弹簧 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 71．※图 22 为某圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数示意图。已知弹簧的材料直径 d=5 mm、弹簧中径 D=30 mm、有效圈数 n=8 圈，材料的切变模量 G=8×10⁴ MPa，π 取 3.1416。请回答下列各题： （1）写出旋绕比的定义式，计算其值并说明是否在常用范围内； （2）写出弹簧刚度的计算式，并计算其值； （3）当载荷 F=800 N 时，弹簧的变形量是多少？ 图 22　圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数 72．某圆柱螺旋压缩弹簧承受轴向载荷 F=1000 N，弹簧中径 D=40 mm、材料直径d=8 mm，材料的许用切应力 [τ]=500 MPa，π 取 3.1416。请回答下列各题： （1）计算该弹簧的旋绕比 C，并说明它是否在常用范围内； （2）取曲度系数 K=1.31，计算弹簧丝截面上的最大切应力 τ； （3）校核该弹簧的强度；若不满足强度条件，提出两种改进措施。 73．弹簧秤是弹簧特性的典型应用。请回答下列各题： （1）弹簧秤为什么可以用均匀刻度表示被称物体的重量？ （2）某弹簧秤内弹簧的刚度为 2.5 N/mm，称量某物体时弹簧伸长了 12 mm，该物体所受的重力是多少？ （3）要用该弹簧做成量程为 0~50 N 的弹簧秤，弹簧的最大伸长量应不小于多少？ 74．对弹簧材料有哪些性能要求？常用的弹簧材料有哪几类？弹簧成形后一般要进行怎样的热处理？其目的是什么？ 75．图 23 为汽车前桥上的钢板弹簧。请回答下列各题： （1）它属于哪一类弹簧？工作时主要产生哪种变形？ （2）说明它在汽车行驶过程中所起的作用； （3）为什么把弹簧钢板做成中间长、两端短的多片叠合结构？ 图 23　汽车前桥上的钢板弹簧 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 $ 四川省（对口招生）智能制造类《机械基础》 分层作业 模块4 连接｜4-4 弹簧｜基础巩固 · 能力提升 · 拓展挑战｜教师版 班级：__________　姓名：__________　任课教师：__________ 【作业说明】 1．本作业按「基础巩固→能力提升→拓展挑战」三个认知层次编写，每个层次均设判断、填空、单选、多选、解答五种题型，每种题型 5 道小题，全卷共 75 题；每层满分100 分。教师可按学情单独布置某一层，或分层选做，实现差异化作业。 2．命题依据：四川省普通高校对口招生《机械基础》考纲中关于弹簧的功用与类型、圆柱螺旋压缩弹簧的主要几何参数、弹簧的特性线与刚度、弹簧的变形与应力、常用弹簧材料及热处理等条目。参考教材：李世维主编《机械基础》（机械类）第二版。 3．三层功能定位：基础巩固（A 层）——识记与理解，直接对应考纲原文，用于课前预习与课后基础过关；能力提升（B 层）——应用与分析，读特性线、算刚度与变形，把知识放到压簧、拉簧、碟簧、板簧等具体零件上考查；拓展挑战（C 层）——综合与迁移，含弹簧参数变化对刚度的影响、串并联与组合、非线性特性线及整机选型。 4．全卷有配图的题目共 23 道，图号按全卷顺序编排，与题干中的「图 N」一一对应。 5．题号后带「※」的题目，选自四川省普通高校对口招生全省联合模拟考试（加工制造类）卷及四川省对口招生《机械基础》公开题库中的真题（部分题目按本卷题型要求作了小幅改写）。三个层次、五种题型中每一格都至少含 1 道这样的真题，共 15 道。 6．判断题在题末统一给出一对括号「（　）」，作答时在括号内填「√」或「×」即可。 【分值分布】 层次（题号） 判断题 5×2 分 填空题 5×4 分 单选题 5×3 分 多选题 5×4 分 解答题 5×7 分 合计 一、基础巩固（第 1~25 题） 10 20 15 20 35 100 二、能力提升（第 26~50 题） 10 20 15 20 35 100 三、拓展挑战（第 51~75 题） 10 20 15 20 35 100 一、基础巩固（A 层 · 第 1~25 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 1．※弹簧是机械设备中广泛使用的弹性零件，它既能利用弹性变形起缓冲与吸振的作用，也可以用来测量力的大小。（　） 【答案】√ 解析：弹簧的功用主要有四方面：缓冲与吸振、控制运动、储存和输出能量、测量载荷。本题所述的缓冲吸振和测量载荷都是弹簧的基本功用，故说法正确。 2．图 1 所示的圆柱螺旋压缩弹簧，两端并紧磨平的几圈称为支承圈，它们在工作时基本不参与变形。（　） 图 1　圆柱螺旋压缩弹簧的外形 【答案】√ 解析：压缩弹簧的两端要并紧磨平，使端面与轴线垂直、能平稳地承受压力。并紧磨平的几圈起支承作用，称为支承圈（通常为 2 圈），工作时基本不参与变形；真正参与变形的是有效圈。 3．图 2 所示的弹簧端部制有钩环，它在自由状态下各圈相互并紧，工作时主要承受轴向拉力。（　） 图 2　圆柱螺旋拉伸弹簧的外形 【答案】√ 解析：这是圆柱螺旋拉伸弹簧。拉伸弹簧在自由状态下各圈相互并紧，端部制成钩环（半圆钩环、圆钩环等）以便安装，工作时各圈被拉开，主要承受轴向拉力。 4．弹簧按受力性质分为压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧等，同一根弹簧既可以用作压缩弹簧，也可以改作扭转弹簧使用。（　） 【答案】× 解析：前半句正确，后半句错误。各类弹簧的端部结构、几何形状和受力方式各不相同：压簧两端并紧磨平、端面承压；拉簧端部带钩环；扭簧端部带扭臂。因此同一根弹簧不能随意改变用途，必须按受力性质分类选用。 5．60Si2Mn 和 50CrVA 都是弹簧钢，其中 50CrVA 常用于制造汽车悬架上的钢板弹簧。（　） 【答案】× 解析：两者都是常用的合金弹簧钢，但用途各有侧重：60Si2Mn（硅锰弹簧钢）价格较低、应用最广，常用于汽车钢板弹簧和各类螺旋弹簧；50CrVA（铬钒弹簧钢）淬透性好、耐热性好，多用于气门弹簧、阀门弹簧等重要弹簧。本题把两者的典型用途说反了。 （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 6．图 3 为圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数标注图，图中①～④分别表示弹簧的一个几何参数。请写出：①是____；②是____；③是____；④是____。 图 3　圆柱螺旋压缩弹簧几何参数的标注 【答案】①材料直径d（弹簧丝直径）　②弹簧中径D　③节距t　④自由高度H0 解析：①是卷制弹簧所用弹簧丝的直径，即材料直径 d；②是与弹簧内、外径等距的假想圆柱直径，即弹簧中径 D；③是相邻两圈在中径上的轴向距离，即节距 t；④是弹簧未受载荷时的总高度，即自由高度 H0。外径 D2=D+d，内径 D1=D−d。 7．图 4 给出四种常用弹簧的外形示意，图中①～④分别对应一种弹簧。请写出它们的名称：①是____；②是____；③是____；④是____。 图 4　四种常用弹簧的外形 【答案】①圆柱螺旋压缩弹簧　②圆柱螺旋拉伸弹簧　③圆柱螺旋扭转弹簧　④碟形弹簧 解析：①两端并紧磨平、沿轴向承压的是压缩弹簧；②端部带钩环、工作时受轴向拉力的是拉伸弹簧；③端部带扭臂、工作时承受转矩的是扭转弹簧；④由薄钢板冲压成截锥（碟形）的是碟形弹簧。 8．图 5 为某圆柱螺旋压缩弹簧的特性线。由图可知，该弹簧所受载荷 F 与变形量λ 成____关系；把图上任一点对应的载荷与变形量相比，所得比值称为弹簧的____。 图 5　圆柱螺旋压缩弹簧的特性线 【答案】①正比（线性）　②刚度 解析：特性线是表示弹簧所受载荷与变形量之间关系的曲线。图示为一条过原点的直线，说明该弹簧的载荷与变形量成正比，即 F=kλ，属线性特性；直线斜率（任意一点的F 与 λ 之比）称为弹簧的刚度 k，其大小等于产生单位变形量所需的载荷。 9．※弹簧中径 D 与材料直径 d 的比值称为弹簧的____，它反映弹簧丝卷绕的松紧程度，常用范围一般为____。 【答案】①旋绕比　②4~16 解析：弹簧中径与材料直径之比称为旋绕比 C=D/d，常用范围为 4~16。C 越小弹簧越硬、弹簧丝卷制越困难且内侧应力集中越严重；C 越大弹簧越软、刚性越差。 10．弹簧的材料主要有碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢，其中 60Si2Mn 属于____弹簧钢；弹簧卷制成形后一般要经淬火和____回火处理，以获得高的弹性极限。 【答案】①合金　②中温 解析：弹簧材料有碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢两类，60Si2Mn、50CrVA 都是合金弹簧钢。弹簧的热处理通常为淬火＋中温回火（回火温度约 400~500 ℃），得到回火屈氏体组织，具有高的弹性极限和足够的韧性。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 11．图 6 给出四种使用弹簧的场合。其中主要利用弹簧储存和输出能量的是（ ）。 图 6　使用弹簧的四种场合 A．A 汽车悬架上的钢板弹簧 B．B 弹簧秤中的测力弹簧 C．C 钟表中的平面涡卷弹簧 D．D 离合器中的复位弹簧 【答案】C 解析：钟表中的平面涡卷弹簧（发条）卷紧时储存能量、放松时输出能量，用来驱动钟表走时，属储存和输出能量的功用；钢板弹簧用于缓冲吸振，弹簧秤弹簧用于测量载荷，复位弹簧用于控制运动。 12．用弹簧秤称量物体时，弹簧的伸长量与所称物体的重力（ ）。 A．成正比　　B．成反比　　C．与重力的平方成正比　　D．无关 【答案】A 解析：由 F=kλ 得 λ=F/k，弹簧所受的力与伸长量成正比，所以弹簧秤的刻度是均匀等分的，可以按刻度直接读出重量。这是弹簧特性线为直线的直接应用。 13．图 7 所示的弹簧由薄钢板冲压成截锥形，能承受很大的轴向压力而变形很小，常用于模具、机床中作强力压紧与缓冲。该弹簧是（ ）。 图 7　碟形弹簧 A．圆柱螺旋压缩弹簧　　B．碟形弹簧　　C．圆柱螺旋扭转弹簧　　D．平面涡卷弹簧 【答案】B 解析：图中为碟形弹簧（碟簧）。它由薄钢板冲压成截锥形，沿轴向加载，刚性大、能以很小的变形承受很大的载荷，常单片或成组使用，用于模具、机床、离合器的压紧和缓冲。 14．下列材料中，最不适合作弹簧材料的是（ ）。 A．碳素弹簧钢丝　　B．60Si2Mn　　C．50CrVA　　D．HT200 灰铸铁 【答案】D 解析：弹簧在工作中承受交变载荷，要求材料具有高的弹性极限和疲劳强度、足够的塑性和韧性。碳素弹簧钢丝、60Si2Mn、50CrVA 都是常用弹簧材料；灰铸铁脆性大、弹性差、不能承受交变载荷，不适合作弹簧。 15．※某圆柱螺旋压缩弹簧的弹簧中径 D=24 mm、材料直径 d=4 mm，则其外径与内径分别为（ ）。 A．D2=28 mm，D1=20 mm B．D2=20 mm，D1=28 mm C．D2=26 mm，D1=22 mm D．D2=24 mm，D1=20 mm 【答案】A 解析：外径 D2=D+d=24+4=28 mm；内径 D1=D−d=24−4=20 mm。外径、内径与中径三者的关系是 D=(D2+D1)/2，记住这一关系就不容易算错。 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 16．※下列有关圆柱螺旋压缩弹簧与板弹簧的说法，正确的有（ ）。 A．圆柱螺旋压缩弹簧广泛用于缓冲、减振和压紧装置 B．汽车悬架上的钢板弹簧由多片长度不等的弹簧钢板叠成 C．板弹簧工作时只能承受拉力，不能承受弯曲 D．圆柱螺旋压缩弹簧的两端通常并紧磨平 【答案】ABD 解析：压簧结构简单、制造方便，广泛用于缓冲、减振和压紧；钢板弹簧由多片长度不等的弹簧钢板叠成，装夹成整体；压簧两端并紧磨平以便平稳承压。C 错误：板弹簧工作时主要承受弯曲变形（弯矩），不是拉力。 17．图 8 为圆柱螺旋压缩弹簧的剖视示意图。该弹簧的圈数有下面几种说法，正确的有（ ）。 图 8　圆柱螺旋压缩弹簧的剖视示意 A．参与变形的工作圈称为有效圈 B．支承圈越多，弹簧的有效圈数越多 C．总圈数等于有效圈数与支承圈数之和 D．两端并紧磨平的支承圈在工作中也参与变形 【答案】AC 解析：有效圈（工作圈）才是参与变形、决定弹簧刚度的圈；总圈数 n1 等于有效圈数 n与支承圈数之和。B、D 错误：支承圈越多有效圈越少；支承圈两端并紧磨平、工作时基本不参与变形，只起支承作用。 18．弹簧的类型很多。下列有关弹簧类型及其应用的说法，正确的有（ ）。 A．钟表、卷尺中常用平面涡卷弹簧储存能量 B．弹簧按受力性质可分为压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧 C．扭转弹簧的端部常做成扭臂，工作时产生扭转变形 D．所有弹簧在工作时都只承受压力 【答案】ABC 解析：平面涡卷弹簧由钢带在平面内卷绕而成，卷紧时储能、放松时输出能量；弹簧按受力性质分类是最基本的分类方法；扭簧端部带扭臂，工作时受转矩。D 错误：弹簧还可承受拉力、转矩和弯矩（如板弹簧）。 19．绘制圆柱螺旋压缩弹簧时，需要标注若干几何参数。下列有关这些参数的说法，正确的有（ ）。 A．材料直径 d 是卷制弹簧所用弹簧丝的直径 B．自由高度 H0 是弹簧未受载荷时的总高度 C．弹簧中径 D 就是弹簧的外径 D2 D．外径等于弹簧中径与材料直径之和 【答案】ABD 解析：材料直径 d、自由高度 H0 的含义如 A、B 所述；外径 D2=D+d，故 D 正确。C 错误：弹簧中径 D 是内径与外径之间的平均直径，不等于外径。 20．某圆柱螺旋压缩弹簧的载荷与变形量成正比。关于它的特性线，正确的说法有（ ）。 A．特性线表示弹簧所受载荷与变形量之间的关系 B．等节距压缩弹簧的特性线是一条过原点的直线 C．载荷与变形量成正比时，弹簧的刚度是常数 D．特性线的斜率越大，弹簧越软 【答案】ABC 解析：特性线是载荷与变形量关系的曲线，等节距压簧的特性线为过原点的直线，此时F/λ 为常数即刚度不变。D 错误：特性线斜率越大，产生单位变形量需要的载荷越大，弹簧越硬（刚度越大）。 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 21．图 9 中，某圆柱螺旋压缩弹簧在轴向压力作用下产生弹性变形。已知载荷由 0增大到 400 N 时，弹簧的变形量由 0 增大到 20 mm，且在此范围内弹簧的载荷与变形量成正比。请回答下列各题： （1）说明弹簧特性线的含义； （2）计算该弹簧的刚度； （3）若载荷继续增大到 600 N（仍在弹性范围内），弹簧的变形量是多少？ 图 9　弹簧受轴向压力时的变形 【参考答案】 （1）特性线是表示弹簧所受载荷与变形量之间关系的曲线。本题中载荷与变形量成正比，特性线是一条过原点的直线，直线任一点的纵坐标与横坐标之比即为弹簧的刚度。 （2）刚度 k=F/λ=400÷20=20（N/mm），即产生 1 mm 变形量需要 20 N 的载荷。 （3）λ=F/k=600÷20=30（mm）。 解析：刚度表示弹簧的「软硬」，k 越大弹簧越硬。线性特性下 k 是不变的常数，故可用特性线上任意一点的 F/λ 求得，再用它反求其他载荷下的变形量。 22．说明圆柱螺旋压缩弹簧的结构特点，并解释什么是有效圈数、支承圈和总圈数。 【参考答案】 结构特点：圆柱螺旋压缩弹簧由弹簧丝在圆柱面上按等节距卷绕而成，两端并紧磨平，使端面与轴线垂直、能平稳地承受压力，广泛用于缓冲、减振、储能和压紧装置。 （1）有效圈数 n：真正参与变形、决定弹簧刚度和变形量的工作圈数。 （2）支承圈：两端并紧（或并紧磨平）的圈，通常为 2 圈，工作时基本不参与变形，只起支承和使端面平整的作用。 （3）总圈数 n1：弹簧的全部圈数，n1=有效圈数＋支承圈数，两端并紧磨平时支承圈一般取 2 圈。 解析：记忆要点：n1=n＋支承圈数；有效圈决定刚度，支承圈只起支承作用。计算刚度和变形量时用的都是有效圈数 n，不能用总圈数。 23．圆柱螺旋扭转弹簧与碟形弹簧在结构特点和应用场合上有什么不同？ 【参考答案】 （1）圆柱螺旋扭转弹簧：由弹簧丝绕成圆柱螺旋形，两端制有扭臂。工作时用扭臂施加力矩，使弹簧产生扭转变形，弹簧丝截面上主要产生弯曲应力。它常用于各种夹紧装置、复位机构和压紧装置，如夹子、门窗合页、离合器复位弹簧等。 （2）碟形弹簧：由薄钢板冲压成截锥形（碟形），沿轴向加载。它的刚性大，能以很小的变形承受很大的轴向载荷，可以单片使用，也可以多片组合使用（对合或叠合）。常用于模具、机床、离合器和缓冲装置中作强力压紧与缓冲。 解析：两者最明显的区别是「受力形式」与「变形量」：扭簧受转矩、变形是转角；碟簧受轴向压力、变形是轴向位移且很小。选型时要按工况的载荷与变形要求来定。 24．※某圆柱螺旋压缩弹簧的材料直径 d=3 mm、弹簧中径 D=24 mm，总圈数 n1 为12 圈（两端并紧磨平，支承圈取 2 圈）。请回答下列各题： （1）计算该弹簧的旋绕比 C； （2）计算该弹簧的有效圈数 n，并说明旋绕比过大或过小对弹簧有何影响。 【参考答案】 （1）旋绕比 C=D/d=24÷3=8，在 4~16 的常用范围内，取值合理。 （2）有效圈数 n=n1−支承圈数=12−2=10（圈）。旋绕比 C 是弹簧中径与材料直径之比，它反映弹簧丝的弯曲程度：C 过小，弹簧丝卷制时弯曲得太厉害、卷制困难，且弹簧丝内侧应力集中严重，容易损坏；C 过大，弹簧太软、刚度过小，弹簧丝易颤动。故 C 一般取 4~16。 解析：本题把旋绕比与圈数两个几何参数放在一起考。注意「有效圈数」用于刚度与变形计算，总圈数减去支承圈数才是有效圈数。 25．弹簧的功用有哪些？请分别举出一个例子加以说明。 【参考答案】 弹簧的功用主要有四个方面： （1）缓冲与吸振：如汽车悬架上的钢板弹簧，行驶中借弹性变形吸收路面冲击与振动，使车身平稳。 （2）控制运动：如内燃机的气门弹簧，使气门及时关闭并与凸轮始终保持接触，以控制气门的运动规律。 （3）储存和输出能量：如钟表、卷尺中的平面涡卷弹簧，卷紧时储存能量，放松时输出能量驱动机构工作。 （4）测量载荷：如弹簧秤中的测力弹簧，利用弹性变形量与所受载荷成正比的关系，由变形量直接读出载荷的大小。 解析：记忆口诀：一缓（缓冲吸振）、二控（控制运动）、三储（储存能量）、四测（测量载荷）。同一根弹簧往往同时起几种作用，但总有一种是主要的。 二、能力提升（B 层 · 第 26~50 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 26．弹簧之所以能起缓冲吸振作用，是因为它在受冲击时通过弹性变形把冲击能量暂时储存起来，延长了作用时间，从而减小了冲击力的峰值。（　） 【答案】√ 解析：缓冲吸振的本质是能量转换：冲击时弹簧发生弹性变形，把冲击动能转换成弹簧的弹性势能并逐渐释放，使作用时间延长、冲击力峰值减小，机件受到的冲击随之减轻。 27．※图 10 所示的钢板弹簧由多片长度不等的弹簧钢板叠成，工作时主要承受弯曲变形。（　） 图 10　汽车悬架上的钢板弹簧 【答案】√ 解析：钢板弹簧（板弹簧）由多片长度不等的弹簧钢板叠成，中部用骑马螺栓夹紧，两端卷耳与车架相连。工作时各片一起弯曲，主要承受弯曲变形，同时片间摩擦还有衰减振动的作用，广泛用于汽车悬架。 28．把两片碟形弹簧反向对置（对合）组合使用，可以得到比单片弹簧更小的刚度。（　） 【答案】√ 解析：碟簧反向对置（对合）时相当于两个弹簧串联，在相同载荷下总变形量增大、总刚度减小（约为单片的 1/2）；而同向叠放（叠合）时相当于并联，承载能力和刚度都增大。故说法正确。 29．两根刚度相同的弹簧串联以后，其总刚度小于其中任意一根弹簧的刚度。（　） 【答案】√ 解析：弹簧串联时各弹簧所受的力相同、变形量叠加，总刚度的倒数等于各弹簧刚度倒数之和，故 k总=k/2，小于任一根弹簧。并联时各弹簧变形相同、力叠加，总刚度等于各弹簧刚度之和，大于任一根弹簧。 30．圆柱螺旋压缩弹簧工作时，弹簧丝截面上主要产生拉应力，因此应按拉伸强度进行校核。（　） 【答案】× 解析：压簧受轴向压力后，弹簧丝截面上的内力主要是扭矩和弯矩，截面上主要产生切应力（扭切应力），应按扭转强度（切应力强度条件 τ≤[τ]）校核，而不是按拉伸强度校核。故本题说法错误。 （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 31．※图 11 为圆柱螺旋压缩弹簧的剖视示意图。图中参与变形的工作圈称为____圈；两端并紧磨平、工作时基本不参与变形的圈称为____圈，其数目一般为____圈。 图 11　圆柱螺旋压缩弹簧的剖视示意 【答案】①有效　②支承　③2 解析：有效圈数 n 是参与变形、决定弹簧刚度的圈数；支承圈是两端并紧磨平的圈，只起支承作用，一般取 2 圈。总圈数 n1=有效圈数＋支承圈数，刚度与变形计算一律用有效圈数。 32．圆柱螺旋压缩弹簧被压缩到各圈相互接触时的高度，称为弹簧的____高度；弹簧的最大变形量等于自由高度与该高度之差。 【答案】①压并 解析：压并高度是弹簧各圈完全并紧时的高度，两端并紧磨平时约为 (n1−0.5)d。弹簧的最大变形量 λmax=H0−压并高度，工作时弹簧的变形量不得超过它，否则各圈会互相压死、失去弹性。 33．图 12 所示的弹簧两端制有扭臂，工作时用扭臂对其施加力矩，使弹簧产生扭转变形，这种弹簧称为____弹簧，常用于夹紧、复位及压紧装置中。 图 12　圆柱螺旋扭转弹簧 【答案】①扭转 解析：扭转弹簧的端部制成扭臂，工作时承受转矩（弯矩），产生扭转变形，如夹子、门窗弹簧合页、离合器的复位弹簧等。它的特性曲线是载荷扭矩与扭转角的关系曲线。 34．弹簧丝截面上的工作应力不应超过材料的____切应力；把工作应力与这个应力值相比较以判断弹簧能否安全工作，这一过程称为弹簧的____校核。 【答案】①许用　②强度 解析：弹簧的强度条件为 τ≤[τ]，[τ] 为弹簧材料的许用切应力。由于弹簧丝的曲率和截面上切应力分布不均，计算时要乘以曲度系数 K 加以修正，再用修正后的最大切应力与许用切应力比较。 35．制造弹簧常用的合金弹簧钢有 ____ 和 50CrVA 等，前者在汽车板簧和螺旋弹簧中应用最广；这类弹簧成形后一般要经淬火后再进行____回火，以获得高的弹性极限。 【答案】①60Si2Mn　②中温 解析：合金弹簧钢中 60Si2Mn 应用最广（价格较低、性能好），50CrVA 用于重要的气门弹簧等；碳素弹簧钢丝用于尺寸小、不太重要的弹簧。弹簧的热处理为淬火＋中温回火，得到回火屈氏体组织，弹性极限高、韧性好。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 36．图 13 中，A 为两片反向对置的碟形弹簧，B 为两片同向叠放的碟形弹簧。下列关于这两组碟形弹簧的说法正确的是（ ）。 图 13　碟形弹簧的两种组合方式 A．A 为叠合，承载能力增大 B．A 为对合，刚度增大而变形量减小 C．B 为叠合，承载能力和刚度都增大 D．B 为对合，变形量增大而刚度减小 【答案】C 解析：同向叠放（B）为叠合，各片相当于并联，承载能力和刚度都增大而变形量不变；反向对置（A）为对合，各片相当于串联，变形量增大、刚度减小而承载能力不变。故只有 C 正确。 37．※在其他条件相同时，减小弹簧的旋绕比 C=D/d，则该弹簧的刚度将（ ）。 A．增大　　B．减小　　C．不变　　D．先减小后增大 【答案】A 解析：旋绕比越小，说明弹簧中径相对材料直径越小、弹簧丝卷绕得越紧，弹簧越硬，刚度越大。由 k=Gd/(8C³n) 也能看出刚度与 C 的三次方成反比，C 减小则 k 增大。 38．图 14 中，A 为两根弹簧串联，B 为两根弹簧并联。下列关于这两组弹簧的说法正确的是（ ）。 图 14　弹簧的串联与并联 A．A 组的总刚度大于任意一根弹簧的刚度 B．B 组的总刚度大于任意一根弹簧的刚度 C．A、B 两组的总刚度都等于单根弹簧的刚度 D．B 组的总刚度小于任意一根弹簧的刚度 【答案】B 解析：串联时 k总 的倒数等于各弹簧刚度倒数之和，总刚度变小；并联时 k总 等于各弹簧刚度之和，总刚度变大。故 B 组（并联）的总刚度大于任一根弹簧，A 组（串联）的总刚度小于任一根弹簧，只有 B 正确。 39．弹簧秤的刻度之所以能够均匀等分，其根本原因是（ ）。 A．弹簧的载荷与变形量成正比，特性线是一条直线 B．弹簧的刚度随载荷的增大而增大 C．弹簧工作时弹簧丝只产生切应力 D．弹簧的自由高度在测量过程中保持不变 【答案】A 解析：弹簧秤内的弹簧在弹性范围内 F 与 λ 成正比（F=kλ），变形量随载荷线性增大，因此刻度可以均匀等分。若特性线是曲线，刻度就必须做成不等分的。 40．机器中的缓冲弹簧受到冲击时，下面说法正确的是（ ）。 A．冲击能量被彻底消灭，不再存在 B．机器的刚度因此增大 C．冲击能量全部转化为摩擦热 D．弹簧通过弹性变形把冲击能量储存起来，减小冲击力的峰值 【答案】D 解析：缓冲弹簧受冲击时发生弹性变形，把冲击动能转换为弹簧的弹性势能并逐渐释放，使作用时间延长、冲击力峰值减小。能量不会消失，也不是全部转化为摩擦热；弹簧是弹性元件，与提高机器刚度无关。 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 41．在弹性范围内，圆柱螺旋压缩弹簧所受载荷与变形量的关系可用特性线来表示。下列说法正确的有（ ）。 A．在弹性范围内，变形量 λ 与所加载荷 F 成正比 B．刚度 k=F/λ，在数值上等于特性线的斜率 C．刚度越大的弹簧越软 D．刚度越大，产生单位变形量所需要的载荷越大 【答案】ABD 解析：线性特性下 F 与 λ 成正比，k=F/λ 即特性线斜率；k 越大表示产生单位变形量需要的载荷越大，弹簧越硬。C 错误：刚度越大弹簧越硬，不是越软。 42．※某圆柱螺旋压缩弹簧的材料直径 d、弹簧中径 D 和有效圈数 n 都可以改变。在其他条件不变时，下列说法正确的有（ ）。 A．增大材料直径 d，弹簧的刚度增大 B．增大弹簧中径 D，弹簧的刚度减小 C．增加有效圈数 n，弹簧的刚度减小 D．增大弹簧中径 D，弹簧的刚度增大 【答案】ABC 解析：由 k=Gd⁴/(8D³n) 可知：刚度与材料直径的四次方成正比，d 增大则 k 增大；刚度与中径的三次方、与有效圈数均成反比，D 增大或 n 增加则 k 减小。故 D 把关系说反了。 43．图 15 为弹簧丝截面上的应力分布示意（A 为按直杆扭转公式算出的名义分布，B 为考虑弹簧丝曲率后的实际分布）。下列有关弹簧丝截面应力的说法正确的有（ ）。 图 15　弹簧丝截面上的切应力分布 A．弹簧丝截面上主要产生切应力 B．弹簧丝外侧的切应力最大 C．弹簧丝的曲率使内侧切应力明显大于按直杆公式算出的值 D．计算时用曲度系数对名义切应力加以修正 【答案】ACD 解析：弹簧丝截面上的内力以扭矩为主，故主要产生切应力；由于弹簧丝曲率的影响，内侧切应力大于外侧、也大于按直杆公式算出的平均值；因此引入曲度系数 K（K>1）对名义切应力加以修正。B 错误：最大切应力出现在内侧（靠近弹簧轴线的一侧）。 44．圆柱螺旋压缩弹簧是应用最广的一类弹簧。下列关于它的说法正确的有（ ）。 A．它的两端必须制成钩环以便承受拉力 B．等节距压簧的特性线是一条过原点的直线 C．它可以制成变节距的，以得到非线性的特性线 D．它是应用最广的一种弹簧 【答案】BCD 解析：等节距压簧的载荷与变形量成正比，特性线是过原点的直线；把它制成变节距的（两端节距小、中间节距大），可得到非线性的特性线；压簧结构简单、制造方便，是应用最广的弹簧。A 错误：压簧两端并紧磨平，端部带钩环的是拉伸弹簧。 45．拉伸弹簧与压缩弹簧在结构上差别很大。下列关于圆柱螺旋拉伸弹簧的说法正确的有（ ）。 A．端部制有钩环，以便安装并承受轴向拉力 B．自由状态下各圈相互并紧 C．工作时弹簧丝截面上主要产生弯曲应力 D．它的特性线一定是一条经过坐标原点的直线 【答案】AB 解析：拉伸弹簧端部带钩环、自由状态下各圈并紧，卷制时还可产生初拉力使各圈预先压紧。C 错误：与压簧一样，拉簧弹簧丝截面上主要产生切应力；D 错误：有初拉力的拉簧特性线不过原点；即使没有初拉力，特性线过原点也只是特例，不能说「一定」。 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 46．※图 16 为某圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数示意图。已知该弹簧的弹簧中径D=30 mm、材料直径 d=5 mm、有效圈数 n=6 圈，材料的切变模量G=8×10⁴ MPa。请回答下列各题： （1）计算该弹簧的旋绕比 C； （2）写出弹簧变形量的计算公式，并计算在载荷 F=500 N 作用下的变形量 λ； （3）计算该弹簧的刚度 k（用 k=F/λ 计算）。 图 16　圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数 【参考答案】 （1）旋绕比 C=D/d=30÷5=6。 （2）变形量按 λ=8FD³n/(Gd⁴) 计算： λ=8×500×30³×6/(8×10⁴×5⁴)=6.48×10⁸÷(5×10⁷)=12.96（mm）。 （3）刚度 k=F/λ=500÷12.96≈38.6（N/mm）。 解析：变形量公式与刚度公式是同一关系的两种写法：k=Gd⁴/(8D³n)=8×10⁴×5⁴÷(8×30³×6)≈38.6 N/mm，而 λ=F/k=500÷38.6≈12.96 mm，两条路径结果一致。题面所有数字均由 CALC 表独立重算复核。 47．某圆柱螺旋压缩弹簧承受轴向载荷 F=600 N，弹簧中径 D=36 mm、材料直径d=6 mm，取曲度系数 K=1.25，弹簧材料的许用切应力 [τ]=450 MPa，π 取 3.1416。请回答下列各题： （1）写出弹簧丝截面上切应力的计算公式； （2）计算该弹簧丝截面上的最大切应力 τ； （3）校核该弹簧的强度。 【参考答案】 （1）弹簧丝截面上的最大切应力按 τ=K·8FD/(πd³) 计算，式中 K 为曲度系数。 （2）τ=K·8FD/(πd³)=1.25×8×600×36÷(3.1416×6³)=216000÷678.59≈318.3（MPa）。 （3）因为 τ=318.3 MPa＜[τ]=450 MPa，满足强度条件 τ≤[τ]，所以该弹簧的强度足够。 解析：计算切应力时必须乘曲度系数 K，否则会因忽略弹簧丝曲率和应力分布不均而得出偏于危险的结论。若校核不通过，可加大材料直径 d、减小弹簧中径 D 或改用许用切应力更高的材料。 48．图 17 为拉伸弹簧的特性线示意，其起点不在坐标原点。请回答下列各题： （1）什么是拉伸弹簧的初拉力？它是怎样产生的？ （2）有初拉力的拉伸弹簧，其特性线有什么特点？ （3）初拉力在实际使用中有什么作用？ 图 17　拉伸弹簧的特性线 【参考答案】 （1）拉伸弹簧在卷制时使各圈并紧并相互压紧，因此弹簧在自由状态下各圈之间已经存在压紧力；要使各圈分开，必须先施加一个初始拉力 F0，这个拉力称为初拉力。 （2）有初拉力的拉簧，特性线是一条不过原点的直线：当所加载荷小于 F0 时弹簧不产生变形；只有当载荷大于 F0 时弹簧才被拉开，且变形量与（F−F0）成正比。特性线与横坐标轴的交点（载荷轴上的截距）即为初拉力 F0。 （3）初拉力使弹簧在受到较小载荷时不致立即发生变形，可以避免连接松动、保持预紧，适用于需要保持初始张紧力的场合，如带传动的张紧弹簧、离合器和制动器的回位弹簧等，同时还能使弹簧的结构更紧凑。 解析：注意区分「拉簧的初拉力」与「压簧的压并」：前者使特性线不过原点，后者限制弹簧的最大变形量。两者都属弹簧的实用特性，不要混淆。 49．弹簧丝截面上的切应力为什么不能直接用 τ=8FD/(πd³) 计算？曲度系数起什么作用？在其他条件不变时，改变材料直径 d、弹簧中径 D 和有效圈数 n 对弹簧的刚度各有什么影响？ 【参考答案】 （1）弹簧丝实际上是一条空间螺旋线，其内侧的曲率比直杆大得多，使内侧的切应力明显高于按直杆扭转公式算出的平均值，截面上还存在切应力分布不均等因素的影响。因此用 τ=8FD/(πd³) 只能算出名义切应力，还要乘以一个大于 1 的曲度系数 K 加以修正，即 τ=K·8FD/(πd³)。 （2）曲度系数 K 与旋绕比 C 有关：C 越小，弹簧丝弯曲得越厉害、应力集中的影响越明显，K 越大。因此不能采用过小的旋绕比，一般取 C=4~16。 （3）由 k=Gd⁴/(8D³n) 可知：增大材料直径 d，刚度显著增大（与 d 的四次方成正比）；增大弹簧中径 D，刚度显著减小（与 D 的三次方成反比）；增加有效圈数 n，刚度也减小（与 n 成反比）。 解析：一句话概括：刚度与 d 的四次方成正比，与 D 的三次方、n 的一次方成反比。所以要显著提高刚度，最有效的办法是加大材料直径 d。 50．什么是弹簧的非线性特性线？碟形弹簧的组合方式和变节距压缩弹簧分别是怎样得到非线性特性线的？各有什么实用意义？ 【参考答案】 （1）非线性特性线是指弹簧的载荷与变形量不成正比、特性线不是直线的曲线，其刚度随载荷（或变形量）而变化。 （2）碟形弹簧单片时特性线本身就略带非线性；把多片碟簧组合使用时，对合（反向对置）使总变形量增大、刚度减小，叠合（同向叠放）使承载能力和刚度增大，按不同方式组合可以得到各种形状的特性线。变节距压缩弹簧的两端节距小、中间节距大，压缩时先后有不同数量的圈参加工作，刚度逐渐增大，因而特性线是一条曲线。 （3）实用意义：借助非线性特性线可以使弹簧「空载时软、满载时硬」，例如汽车悬架弹簧在小载荷时较软、乘坐舒适，大载荷时刚度增大、避免车身下沉过多；变节距弹簧被压缩后各圈逐渐并紧，还能起到限制行程、保护弹簧的作用。 解析：要点：线性特性的刚度是常数；非线性特性的刚度随载荷变化。获知这一点，就能理解为什么板弹簧、碟簧组合和变节距弹簧在车辆和模具中被大量使用。 三、拓展挑战（C 层 · 第 51~75 题） （一）判断题（每题 2 分，共 10 分） 51．※两根材料相同、有效圈数相同的弹簧，材料直径较粗的那一根刚度较小。（　） 【答案】× 解析：由 k=Gd⁴/(8D³n) 可知，刚度与材料直径的四次方成正比，材料直径越粗刚度越大（越硬）。故本题把关系说反了，正确说法是「材料直径较粗的那一根刚度较大」。 52．图 18 所示的弹簧由钢带在平面内卷绕而成，主要用来储存能量，多用于钟表、卷尺一类器具中。（　） 图 18　平面涡卷弹簧 【答案】√ 解析：图中为平面涡卷弹簧（盘簧），由钢带在平面内卷绕成涡卷形，一端固定、一端与轴相连，卷紧时储存能量，放松时输出能量，故常用于钟表、卷尺、定时器等器具中。 53．把两根弹簧并联使用时，两根弹簧所受的力相等。（　） 【答案】× 解析：并联时两根弹簧的变形量相同，各自所受的力按其刚度分配（F1/F2=k1/k2），并不相等；只有串联时两根弹簧所受的力才相等、变形量按刚度分配。故本题说法错误。 54．弹簧的压并高度是各圈相互接触时的高度，弹簧的最大变形量等于自由高度减去压并高度。（　） 【答案】√ 解析：弹簧工作时各圈不能压死，否则会失去弹性、应力剧增。压并高度是各圈完全并紧时的高度，最大变形量 λmax=H0−压并高度，是弹簧允许变形的上限。 55．把压缩弹簧制成变节距的，其目的是使弹簧得到线性的特性线。（　） 【答案】× 解析：恰恰相反。等节距压缩弹簧的特性线本来就是过原点的直线（线性特性）；制成变节距（两端节距小、中间节距大）以后，压缩时各圈先后并紧、参加工作，刚度逐渐增大，特性线变成曲线，得到的是非线性特性。故本题说法错误。 （二）填空题（每题 4 分，共 20 分） 56．※圆柱螺旋压缩弹簧的变形量可用公式 λ=____ 计算（用 F、D、n、G、d 表示）；由该式可知，当载荷 F 一定时，弹簧中径 D 越大，变形量越大，弹簧越软。 【答案】①8FD³n/(Gd⁴) 解析：变形量 λ=8FD³n/(Gd⁴)，式中 G 为材料的切变模量、n 为有效圈数。该式说明：变形量与弹簧中径的三次方成正比、与有效圈数成正比，与材料直径的四次方成反比，这就是「中径越大越软、丝径越粗越硬」的定量依据。 57．等节距压缩弹簧的特性线是一条直线；把弹簧做成____节距的，或者采用组合弹簧，就可以获得非线性的特性线。 【答案】①变 解析：变节距弹簧的两端节距小、中间节距大，压缩时两端的小节距圈先并紧，参与的有效圈数逐渐减少、刚度逐渐增大，特性线因此成为曲线；碟簧组合、板弹簧等也都能得到非线性特性。 58．弹簧丝截面上的最大切应力可按 τ=____·8FD/(πd³) 计算，式中那个大于 1 的修正因素称为____系数。 【答案】①K　②曲度 解析：τ=K·8FD/(πd³)，其中 K 为曲度系数，用以考虑弹簧丝曲率造成的应力集中和截面上切应力分布不均的影响。K 与旋绕比 C 有关，C 越小 K 越大，一般 K=1.1~1.3。 59．圆柱螺旋压缩弹簧受轴向载荷作用时，弹簧丝截面上主要产生____应力；由于弹簧丝曲率的影响，该应力的最大值出现在弹簧丝的____侧。 【答案】①切　②内 解析：压簧受轴向压力后，弹簧丝截面的内力以扭矩为主，截面上主要产生切应力（扭切应力）；弹簧丝内侧弯曲得最厉害，切应力最大值出现在内侧（靠近弹簧轴线的一侧），这也是弹簧疲劳裂纹最先萌生的部位。 60．碟形弹簧按同向叠放的方式组合时，其承载能力和刚度都____；按反向对置的方式组合时，其变形量增大而刚度____。 【答案】①增大　②减小 解析：碟簧同向叠放为叠合，各片相当于并联，承载能力和刚度都增大；反向对置为对合，各片相当于串联，变形量增大、刚度减小。按不同组合方式使用，可以灵活调整弹簧的承载能力、变形量和特性线形状。 （三）单选题（每题 3 分，共 15 分） 61．图 19 中某圆柱螺旋压缩弹簧的特性线是一条过原点的直线，当载荷 F 为 200 N时，弹簧的变形量 λ 为 4 mm。该弹簧的刚度为（ ）。 图 19　圆柱螺旋压缩弹簧的特性线 A．0.02 N/mm　　B．50 N/mm　　C．200 N/mm　　D．800 N/mm 【答案】B 解析：k=F/λ=200÷4=50（N/mm），表示产生 1 mm 变形量需要 50 N 的载荷。0.02 N/mm 是把 F 与 λ 颠倒相除的结果；800 N/mm 是把两个数相乘的结果；200 N/mm 是把载荷误作刚度的结果。 62．※某圆柱螺旋压缩弹簧的材料直径 d=4 mm、弹簧中径 D=25 mm、有效圈数 n=5 圈，材料的切变模量 G=8×10⁴ MPa。该弹簧的刚度约为（ ）。 A．16.4 N/mm　　B．32.8 N/mm　　C．65.5 N/mm　　D．8.2 N/mm 【答案】B 解析：k=Gd⁴/(8D³n)=8×10⁴×4⁴÷(8×25³×5)=20480000÷625000≈32.8（N/mm）。由该式还可看出：刚度与 d 的四次方成正比、与 D 的三次方成反比、与 n 成反比。 63．图 20 给出 A、B 两条弹簧的特性线。关于这两条特性线，下列说法正确的是（ ）。 图 20　两条弹簧的特性线 A．A 为非线性特性线，B 为线性特性线 B．A 为线性特性线，B 为非线性特性线 C．A、B 两条特性线所对应的弹簧刚度都是常数 D．A 特性线说明该弹簧不能承受载荷 【答案】B 解析：A 为过原点的直线，载荷与变形量成正比，其弹簧的刚度是常数，属线性特性；B 为曲线，刚度随载荷变化，属非线性特性，变节距弹簧、碟簧组合、板弹簧等具有这种特性线。 64．某弹簧工作时弹簧丝截面上的最大切应力为 400 MPa，其材料的许用切应力为500 MPa，则该弹簧的强度（ ）。 A．不足，应加大材料直径 B．足够，满足强度条件 C．无法判断 D．刚好达到强度极限 【答案】B 解析：由强度条件 τ≤[τ]：400 MPa＜500 MPa，满足强度条件，故弹簧的强度足够。若τ＞[τ] 则说明强度不足，可加大材料直径 d、减小弹簧中径 D 或改选许用切应力更高的材料。 65．在其他条件不变时，把弹簧的材料直径 d 增大到原来的 2 倍，则弹簧的刚度将变为原来的（ ）。 A．2 倍　　B．4 倍　　C．8 倍　　D．16 倍 【答案】D 解析：由 k=Gd⁴/(8D³n) 可知，刚度与材料直径的四次方成正比，故 d 增大到 2 倍时刚度变为 2⁴=16 倍。同理，弹簧中径 D 增大到 2 倍时刚度变为 1/8，有效圈数 n 增大到 2 倍时刚度变为 1/2。 （四）多选题（每题 4 分，共 20 分） 66．缓冲弹簧在机器中用来减小冲击和振动。下列有关其工作原理的说法正确的有（ ）。 A．弹簧受冲击时通过弹性变形把冲击能量转化为弹性势能储存起来 B．弹簧缓冲时冲击能量会被彻底消灭，不再存在 C．弹簧能延长冲击力与机件之间的作用时间，从而减小冲击力的峰值 D．刚度越大的弹簧，缓冲效果一定越好 【答案】AC 解析：缓冲吸振的本质是能量转换与时间延长：弹簧把冲击动能转为弹性势能并缓慢释放，使作用时间延长、冲击力峰值减小。B 错误：能量守恒，不会消灭；D 错误：刚度过大则变形小、储能少，缓冲效果反而变差。 67．※选用弹簧时，下列说法正确的有（ ）。 A．弹簧的刚度越大越好，不必考虑工作条件 B．应根据工作条件和载荷性质选择合适的弹簧类型 C．各类弹簧的结构完全相同，可以随意互相替代 D．汽车悬架常用钢板弹簧或螺旋弹簧，以缓冲路面冲击 【答案】BD 解析：选用弹簧要按载荷性质、变形要求、空间尺寸和工作环境综合考虑：悬架弹簧以缓冲吸振为主，常用钢板弹簧或螺旋弹簧；控制运动的场合用复位弹簧；测力用测力弹簧。A 错误：刚度要按需要选取；C 错误：各类弹簧的结构和端部形式差别很大，不能随意替代。 68．为满足不同的变形与承载要求，弹簧可以串联或并联使用。下列有关串、并联的说法正确的有（ ）。 A．串联后的总刚度大于任意一根弹簧的刚度 B．并联时各弹簧的变形量相同 C．串联时各弹簧所受的力相同 D．并联后的总刚度小于任意一根弹簧的刚度 【答案】BC 解析：并联时两弹簧变形量相同、受力叠加，总刚度等于各刚度之和，大于任一根；串联时两弹簧受力相同、变形量叠加，总刚度的倒数等于各刚度倒数之和，小于任一根。故 A、D 都把关系说反了。 69．弹簧丝截面上的切应力计算需要进行修正。下列有关其应力与修正的说法正确的有（ ）。 A．弹簧丝截面上主要产生切应力 B．旋绕比越小，曲度系数越小，弹簧越安全 C．弹簧丝的曲率使内侧的切应力大于按直杆公式算出的值 D．曲度系数用于修正曲率和切应力分布不均的影响 【答案】ACD 解析：弹簧丝截面以扭矩为主，故主要产生切应力；由于曲率的影响，内侧切应力最大；计算时用曲度系数 K 修正。B 错误：旋绕比 C 越小，弹簧丝弯曲越厉害，曲度系数 K 越大、应力集中越严重，而不是越小。 70．图 21 中 A 为等节距压缩弹簧、B 为变节距压缩弹簧。要获得非线性的弹簧特性线，可以采用的措施有（ ）。 图 21　等节距弹簧与变节距弹簧 A．把压缩弹簧制成变节距的 B．把碟形弹簧按对合、叠合等不同方式组合使用 C．采用内、外同心的组合弹簧 D．采用由多片钢板叠成的板弹簧 【答案】ABCD 解析：变节距弹簧压缩时参与工作的圈数逐渐变化、刚度随之改变，特性线为曲线；碟簧按不同方式组合可得到各种形状的特性线；内、外同心组合弹簧和板弹簧（各片长短不一、受力后逐渐参加工作）也都能得到非线性特性线。故四项均可。 （五）解答题（每题 7 分，共 35 分） 71．※图 22 为某圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数示意图。已知弹簧的材料直径 d=5 mm、弹簧中径 D=30 mm、有效圈数 n=8 圈，材料的切变模量 G=8×10⁴ MPa，π 取 3.1416。请回答下列各题： （1）写出旋绕比的定义式，计算其值并说明是否在常用范围内； （2）写出弹簧刚度的计算式，并计算其值； （3）当载荷 F=800 N 时，弹簧的变形量是多少？ 图 22　圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数 【参考答案】 （1）旋绕比 C=D/d=30÷5=6，在 4~16 的常用范围内。 （2）弹簧的刚度 k=Gd⁴/(8D³n)=8×10⁴×5⁴÷(8×30³×8)=5×10⁷÷(1.728×10⁶)≈28.9（N/mm）。 （3）变形量 λ=F/k=800÷28.9≈27.6（mm）；也可按 λ=8FD³n/(Gd⁴)=8×800×30³×8÷(8×10⁴×5⁴)≈27.6（mm），两种算法结果一致。 解析：本题三条计算路径互相印证：旋绕比只用几何参数，刚度用材料与几何参数，变形量既可由 λ=F/k 求得，也可直接代入变形量公式。所有数字均由 CALC 表独立重算复核。 72．某圆柱螺旋压缩弹簧承受轴向载荷 F=1000 N，弹簧中径 D=40 mm、材料直径d=8 mm，材料的许用切应力 [τ]=500 MPa，π 取 3.1416。请回答下列各题： （1）计算该弹簧的旋绕比 C，并说明它是否在常用范围内； （2）取曲度系数 K=1.31，计算弹簧丝截面上的最大切应力 τ； （3）校核该弹簧的强度；若不满足强度条件，提出两种改进措施。 【参考答案】 （1）旋绕比 C=D/d=40÷8=5，在 4~16 的常用范围内。 （2）τ=K·8FD/(πd³)=1.31×8×1000×40÷(3.1416×8³)=419200÷1608.50≈260.6（MPa）。 （3）因为 τ=260.6 MPa＜[τ]=500 MPa，满足强度条件 τ≤[τ]，该弹簧的强度足够。若强度不足，可采取的措施有：①加大材料直径 d（刚度与强度都显著提高）；②减小弹簧中径 D（同时增大旋绕比偏小的问题需注意）；③改用许用切应力更高的材料或改变热处理。 解析：强度校核的通用步骤是：算几何参数（C）→ 取曲度系数 K → 算最大切应力 τ → 与许用切应力比较并下结论。注意 τ 的计算必须乘 K，否则结果偏小。 73．弹簧秤是弹簧特性的典型应用。请回答下列各题： （1）弹簧秤为什么可以用均匀刻度表示被称物体的重量？ （2）某弹簧秤内弹簧的刚度为 2.5 N/mm，称量某物体时弹簧伸长了 12 mm，该物体所受的重力是多少？ （3）要用该弹簧做成量程为 0~50 N 的弹簧秤，弹簧的最大伸长量应不小于多少？ 【参考答案】 （1）弹簧秤内的弹簧在弹性范围内满足 F=kλ，即所受的力与伸长量成正比，特性线是一条过原点的直线，所以刻度可以均匀等分，读数时按伸长量对应的刻度直接读数即可。 （2）弹簧所受的力 F=kλ=2.5×12=30（N），即该物体所受的重力为 30 N。 （3）量程上限为 50 N，对应的最大伸长量 λ=F/k=50÷2.5=20（mm），故弹簧的最大伸长量应不小于 20 mm，同时还要保证不超过弹簧的最大变形量（自由高度与压并高度之差）。 解析：弹簧秤的刻度均匀来自「线性特性」；量程由刚度和允许的最大变形量共同决定。若弹簧的最大变形量不足，量程就会受到限制，因此设计时要同时校核。 74．对弹簧材料有哪些性能要求？常用的弹簧材料有哪几类？弹簧成形后一般要进行怎样的热处理？其目的是什么？ 【参考答案】 （1）性能要求：弹簧在工作中承受交变载荷，要求材料具有高的弹性极限和疲劳强度、足够高的屈强比、良好的塑性和韧性，并有较好的淬透性；在高温、腐蚀等特殊条件下还应具有耐热性、耐蚀性。 （2）常用材料：一是碳素弹簧钢丝，价格低、强度高，用于制作尺寸较小、不太重要的弹簧；二是合金弹簧钢，如 60Si2Mn（硅锰弹簧钢，应用最广，用于汽车板簧和各类螺旋弹簧）、50CrVA（铬钒弹簧钢，淬透性和耐热性好，用于气门弹簧等重要弹簧）；此外还有不锈钢弹簧钢丝、铜合金等。 （3）热处理：弹簧成形后一般要经淬火＋中温回火（回火温度约 400~500 ℃），目的是得到回火屈氏体组织，使弹簧获得高的弹性极限和足够的韧性；对冷卷弹簧及尺寸精度要求较高的弹簧，还要进行去应力退火，以消除卷制产生的内应力、稳定尺寸。 解析：要点：弹簧的弹性来自「材料的高弹性极限」，而高弹性极限要靠淬火＋中温回火得到。回火温度过低则韧性差，过高则强度不足，中温回火是弹簧热处理的关键。 75．图 23 为汽车前桥上的钢板弹簧。请回答下列各题： （1）它属于哪一类弹簧？工作时主要产生哪种变形？ （2）说明它在汽车行驶过程中所起的作用； （3）为什么把弹簧钢板做成中间长、两端短的多片叠合结构？ 图 23　汽车前桥上的钢板弹簧 【参考答案】 （1）它属于板弹簧（钢板弹簧），由多片长度不等的弹簧钢板叠成、中部用骑马螺栓夹紧，工作时各片一起弯曲，主要承受弯曲变形。 （2）汽车行驶中，路面起伏使车轮上下跳动。板弹簧产生弯曲变形，把冲击能量吸收并储存起来再缓慢释放，起到缓冲和减振的作用；同时由于各片之间的摩擦，还能衰减振动（起阻尼作用），并兼起导向和传递力的作用。 （3）多片叠合、中间长两端短的结构，使各片在受力时近似于等强度梁：较长的片在中间承受较大的弯矩、较短的片在中部也参与承力，各片的最大应力接近相等，材料得到充分利用；同时长短不同的片使弹簧的特性线略带非线性，可以满足空载时较软、满载时较硬的使用要求。 解析：板弹簧把「弹性元件」与「导向元件」合为一体，是汽车悬架中最常用的弹簧。这是弹簧缓冲吸振功用在整机上的典型应用。 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 $