第 5 章 彈 簧 5-1 彈簧的功用 5-2 彈簧的種類 ※ 5-3 彈簧的用語與組合 5-4 彈簧的材料 總目錄

5-1 彈簧的功用 彈簧是利用彈性材料製造成特種形 狀之機件。受到外力時，能產生伸長或 縮短或其他不同方式的變形，以吸收外 5-1 彈簧的功用 彈簧是利用彈性材料製造成特種形 狀之機件。受到外力時，能產生伸長或 縮短或其他不同方式的變形，以吸收外 力而儲存於本體內，等到外力除去後， 就將原來吸收儲存於本體的能量放出， 恢復原來的形狀。 節目錄

彈簧的功用 1. 吸收振動緩和衝擊。 2. 力的量度或功率之指示。 3. 產生作用力，維持機件接觸。 4. 儲存能量。 上一頁 節目錄

5-2 彈簧的種類 一、線狀彈簧 其斷面常以圓形、方形或其他形狀之 金屬線製成，具有抗拉、抗壓及抗扭轉負 5-2 彈簧的種類 一、線狀彈簧 其斷面常以圓形、方形或其他形狀之 金屬線製成，具有抗拉、抗壓及抗扭轉負 荷之能力，因其常製成螺旋形，故又稱為 螺旋彈簧，如果沒有特別指示，一般均製 成右旋。 節目錄

二、板片彈簧 三、特種彈簧 利用扁平或板狀材料製造而成 者，一般也叫平彈簧或片彈簧。 由金屬或非金屬材料所製成，具 有特殊功能與外形。 上一頁 節目錄

一、線狀彈簧 1. 壓縮彈簧 用途最廣泛，受壓力後可以縮短，當外 力消失時又回復原來長度，如圖5-1(a)(b) 所示。 1. 壓縮彈簧 用途最廣泛，受壓力後可以縮短，當外 力消失時又回復原來長度，如圖5-1(a)(b) 所示。 《圖5-1 壓縮彈簧》 動 畫 上一頁 節目錄

為了使彈簧承受壓力之接觸面積增加，以防止 彈簧彎曲變形，常把彈簧兩端磨平，每端約 匝無效，以獲得50～80 ％之面接觸，如圖 5-2(a)所示。 《圖5-2(a) 壓縮彈簧端部》 上一頁 節目錄

拉伸彈簧 又稱為拉力彈簧，受外力的拉伸作用後伸 長，當外力消失時又回復原來形狀。通常使 用在拉伸健身器、煞車踏板、醫療呼吸設 備、機械與電子之控制閥、彈簧秤、機車與 腳踏車之固定器及鼓式煞車的回復彈簧，如 圖5-3。 《圖5-3 拉伸彈簧》 動 畫 上一頁 節目錄

《圖5-4 拉伸彈簧端部》 上一頁 節目錄

來控制機件，如圖5-5(a)(b)(c)所示。 二為蝸旋扭轉彈簧，應用在鐘錶機 構中做為驅動的動力來源之彈簧（俗 3. 扭轉彈簧 扭轉彈簧有兩種，一為螺旋扭轉彈 簧，它是利用徑向繞軸傳動的扭力 來控制機件，如圖5-5(a)(b)(c)所示。 二為蝸旋扭轉彈簧，應用在鐘錶機 構中做為驅動的動力來源之彈簧（俗 稱發條）及功率計，如圖5-5(d)所 示，圖5-5為扭轉彈簧照片圖。 上一頁 節目錄

《圖5-5 扭轉彈簧》 上一頁 節目錄

4. 錐形彈簧 受外力變形時有滑動摩擦，可減低振動且是 由大直徑先變形，所以大直徑抵抗力較小， 且可將彈簧壓至最低點而成為一圓形板狀， 4. 錐形彈簧 受外力變形時有滑動摩擦，可減低振動且是 由大直徑先變形，所以大直徑抵抗力較小， 且可將彈簧壓至最低點而成為一圓形板狀， 其體積很節省空間，為其優點，如圖5-6。 《圖5-6 錐形彈簧》 動 畫 上一頁 節目錄

二、 板片彈簧 1. 簡易單片彈簧，如圖5-9。 《圖5-9 簡易單片彈簧》 上一頁 節目錄

2. 皿形彈簧，如圖5-10。 《圖5-10 皿形彈簧》 上一頁 節目錄

3. 疊片彈簧，如圖5-11。 《圖5-11 疊片彈簧》 上一頁 節目錄

4. 蝸旋彈簧，如圖5-12。 《圖5-12 蝸旋彈簧》 動 畫 上一頁 節目錄

5. 動力彈簧，如圖5-13。 《圖5-13 動力彈簧》 上一頁 節目錄

三、 特種彈簧 1. 空氣彈簧，如圖5-14。 《圖5-14 空氣彈簧》 上一頁 節目錄

2. 環形彈簧，如圖5-15。 3. 定力彈簧，如圖5-16。 《圖5-15 環形彈簧》 《圖5-16 定力彈簧》 動 畫 上一頁 節目錄

一、彈簧的用語，如圖5-17所示。 1. 彈簧材料：包含材料種類及等級。 ※5-3 彈簧的用語與組合 2. 線直徑（d）：使用鋼線之大小。 ※5-3 彈簧的用語與組合 一、彈簧的用語，如圖5-17所示。 《圖5-17 彈簧的用語》 1. 彈簧材料：包含材料種類及等級。 2. 線直徑（d）：使用鋼線之大小。 節目錄

3. 外徑（Do）：彈簧線圈的最大直徑，即 4. 內徑（Di）：彈簧線圈的最小直徑，即 徑的平均值，即 線圈總數（Nt）：指有效圈數與無效圈 5. 平均直徑（Dm）：彈簧線圈的外徑和內 徑的平均值，即 線圈總數（Nt）：指有效圈數與無效圈 數之和。 上一頁 節目錄

有效圈數（Na）：彈簧中能有效的反應變 形的圈數，至少應在3圈以上，否則會使彈 簧特性不安定。 8. 自由長度（L）：彈簧在完全無負荷狀 況下之長度。 9. 壓實長度：壓縮彈簧被壓至各圈緊密時 之長度。 10. 節距（P）：彈簧線圈和線圈之間的距離。 上一頁 節目錄

11. 彈簧指數（C）：彈簧線圈的平均直徑 （Dm）與線直徑（d）之比值；其值愈大， 愈容易變形。 12. 變形量或撓曲（ ）：彈簧受外力作用後之 伸長或縮短長度。 13.彈簧常數（K）：彈簧受外力作用時， 負荷（F）與變形量（ ）之比值。 14.彈簧形式：左旋或右旋，兩端是閉合、 張開，是否磨平。 上一頁 節目錄

二、彈簧的組合 1. 串聯使用，如圖5-18所示。 總撓曲量 ＝ 1 ＋ 2 《圖5-18 串聯》 上一頁 節目錄

2. 並聯使用，如圖5-19所示。 總負荷 F = F1+ F2 則 K =K1 1+K2 2 ∴總彈簧常數K = K1 + K2 2. 並聯使用，如圖5-19所示。 總撓曲量 = 1= 2 總負荷 F = F1+ F2 則 K =K1 1+K2 2 ∴總彈簧常數K = K1 + K2 《圖5-19 並聯》 上一頁 節目錄

5-4 彈簧的材料 彈簧為了滿足強度、成本、供應量、 表面情況與其他特殊性質的需求，而使用 了各種不同的材料。其選用原則如下。 5-4 彈簧的材料 彈簧為了滿足強度、成本、供應量、 表面情況與其他特殊性質的需求，而使用 了各種不同的材料。其選用原則如下。 1. 大型彈簧以使用彈簧鋼（SUP），並經 過熱作加工；包括高碳鋼及合金鋼兩 類，其中又以高碳鋼最常被使用。 2. 小型彈簧以使用青銅或黃銅為主，用冷 作加工即可。 節目錄

3. 較高級之小型彈簧，則以使用琴鋼線 （SWP）為材料（係由含碳量0.65％～ 0.95％之高碳鋼製造），因其具有較佳 之機械性質、抗拉強度高、韌性大且壽 命及精度均優之特性，為最良好之彈簧 材料，可使用於引擎閥門彈簧、機械彈 簧及樂器等。 上一頁 節目錄

4. 板片彈簧以使用碳鋼、鉻釩鋼、矽錳 鋼等材料，須回火、消除內應力。 抗腐蝕與抗潛變以使用不鏽鋼線為主。 4. 板片彈簧以使用碳鋼、鉻釩鋼、矽錳 鋼等材料，須回火、消除內應力。 抗腐蝕與抗潛變以使用不鏽鋼線為主。 而潛變的發生，主要是由於溫度升高及 負荷增加兩種因素造成。 6. 螺旋彈簧以使用油回火彈簧線較多，因 其韌性佳、質地均勻，且價格較便宜。 上一頁 節目錄

7. 吸收振動、緩和衝擊，選用橡膠、合成樹 脂為材料，能承受多方向之負荷。 流體材料，利用空氣的壓縮性及水的擾流 7. 吸收振動、緩和衝擊，選用橡膠、合成樹 脂為材料，能承受多方向之負荷。 流體材料，利用空氣的壓縮性及水的擾流 關係所作成的彈簧，例如氣墊避振器、油 壓避振器。 9. 其他如鉻矽鋼、磷青銅、蒙納合金、英高 鎳合金……等，亦可作為彈簧之材料。 上一頁 節目錄

《圖片來源》 圖5－1（a） http://www.kmthc.com/images/2008121611045331128.jpg 圖5－2（b） Shutterstock images 圖5－3右圖 富爾特科技股份有限公司提供 圖5－5（e） http://info.vulcanspring.com/blog/bid/192214/Spiral-Torsion-Springs-and-Wire-Forms 圖5－10右圖 http://image.big5.made-in-china.com/2f0j01gCnQOeqUbpoz/%E7%A2%9F%E5%BD%A2%E5%BC%B9%E7%B0%A7-1.jpg 圖5－11右圖 Shutterstock images 圖5－12右圖 Shutterstock images 圖5－14 Shutterstock images 圖5－15（b）（c） Shutterstock images 圖5－16 http://www.smilhk.com/constant_force_springs.html 上一頁 節目錄