淺談儀表彈性元件的特性與應(yīng)用

袁博

（西儀股份有限公司，西安710082）

1 彈性元件的分類

①力彈簧。力彈簧受力變形，貯存機械能；恢復(fù)彈性變形時，釋放機械能，驅(qū)使機構(gòu)運動，如發(fā)條、各種復(fù)位彈簧等[1]。

②測量彈簧。測量彈簧是測量儀表中的敏感元件，常用于測量流體壓力、集中力、力矩、振東和其他物理量，如儀表的游絲，將力矩轉(zhuǎn)換成指針的轉(zhuǎn)角。這類彈性元件是儀表的關(guān)鍵零件，其性能直接影響儀表的工作質(zhì)量，因此，從設(shè)計、制造到安裝、調(diào)試、使用都有較高的要求。

③彈性聯(lián)系彈簧。彈性聯(lián)系彈簧可將需要聯(lián)接的構(gòu)件聯(lián)接成整體，例如減震器的彈簧、彈性支承和導(dǎo)軌的彈簧、彈性聯(lián)軸器的彈簧等[2]。

2 彈性元件的特點

①彈性元件受力與彈性變形之間有確定的規(guī)律，而與彈性元件的空間位置無關(guān)；

②彈性元件能貯存機械能；

③彈性元件占據(jù)空間尺寸小。

3 彈性誤差

實踐證明：即使尺寸和形狀制造很準確的彈性元件，工作時其實際特性曲線與理論特性曲線也不完全一致。主要原因是存在彈性誤差，彈性誤差的影響對于一般用途的彈性元件不用考慮，而對于測量彈性元件，彈性誤差直接影響儀表的精度，因而是衡量測量彈性元件的重要的質(zhì)量指標[3]。

產(chǎn)生彈性誤差的主要因素是：材料的彈性滯后、材料的彈性后效、溫度對材料彈性的影響及材料的微觀結(jié)構(gòu)缺陷等。以下對材料的彈性滯后和彈性后效作出論述。

3.1 材料的彈性滯后

彈性元件加載特性曲線和減載特性曲線不一致的現(xiàn)象，稱為彈性滯后。兩特性曲線圍成的封閉曲線稱為彈性滯后回線，如圖1所示。

圖1

彈性滯后現(xiàn)象說明，外力對彈性元件做的功，在它恢復(fù)原狀時，并未全部釋放出來，有一小部分被材料的內(nèi)摩擦消耗了。

3.2 材料的彈性后效

彈性元件的變形落后于作用力的現(xiàn)象，稱為彈性后效。如圖2所示，彈性元件受力P 作用，不能立即產(chǎn)生相應(yīng)的變形量BD，而是先產(chǎn)生變形量AD，經(jīng)過一定時間，繼續(xù)產(chǎn)生變形量AB。減載時也存在同樣現(xiàn)象，AB、OC 代表彈性后效誤差。

圖2

彈性后效現(xiàn)象說明，材料受力后產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形需要一定的時間。對不同的彈性元件，可從幾分鐘到幾十小時，彈性后效降低了彈性元件的動態(tài)性能。

彈性滯后和彈性后效是彈性材料的固有特性，它降低了彈性元件的質(zhì)量，是精密彈性元件所不希望的。

4 工作中使用的彈性元件——游絲

游絲的結(jié)構(gòu)：游絲通常是用金屬薄帶制成的具有阿基米德螺線形狀的彈性元件，如圖3所示。

圖3

游絲是儀表中常見的測量元件，對游絲有很高的要求：有良好的線性特性，有穩(wěn)定的彈性，殘余變形量要小。游絲的殘余變形量與應(yīng)力有關(guān)，應(yīng)控制游絲中的應(yīng)力不過大。為滿足上述要求，應(yīng)合理選擇游絲及安全系數(shù)，制定合理的制作工藝。

游絲的工作原理：游絲工作時，通常是內(nèi)端固定在轉(zhuǎn)動軸上，外端固定在基體上。游絲內(nèi)端置于套環(huán)端面的槽中，然后沖鉚，使槽閉合夾緊游絲，如圖4、圖5、圖6所示。使用游絲作測量元件的儀表，為了保證儀表在測量前指針位于零位，要求游絲相對標尺的位置是可調(diào)節(jié)的。

5 結(jié)語

在日常工作和生活中，我們會遇到很多類似的彈性元件，本文僅就彈性元件的特性和個別應(yīng)用的實例簡單作以介紹。

圖4

圖5

圖6