一、彈簧的功用
1. 吸收震動、緩和衝擊
汽車底盤彈簧、機車前後輪的緩衝器、機器防震臺。
 
2. 力的量度和功率的指示
彈簧秤、指示錶。
  
3. 產生作用力、維持機件的接觸
鍋爐的安全閥、離合器、內燃機的汽門彈簧。
 
4. 儲存能量
彈簧回力車、機槍板機、鐘錶的游絲。
二、彈簧之材料應該具備的條件
1. 彈簧之材料之彈性係數
彈性係數增高，抗拉（抗壓）強度也增高，相對的脆性也增加，因此需做適當的退火或回火，使其具有適當之韌性。
提高彈性係數辦法：
(a) 熱處理
(b) 冷加工
(c) 成形後作低溫退火
2. 表面狀態良好
當彈簧產生變形的時候，表面承受最大應力，可以實施旋扭轉試驗、瑕疵檢查試驗。
3. 尺寸精度高
對於產品要求高精度之荷重，由於荷重係與直徑之三次方成正比。因此直徑必須具有良好之均勻性，彈簧形狀之安定將促使荷重特性之安定。
4. 耐蝕性良好
彈簧的使用環境，經常會面對產生腐蝕、氧化之環境，如此一來會產生表面狀態的改變，使彈簧品質劣化，產生週期性的疲勞，使彈簧提早折損。
三、彈簧常用材料：
1. 碳鋼與合金鋼：
(a) 熱處理型彈簧鋼：以熱處理的方法使其具有彈性。熱處理彈簧鋼有碳鋼與合金鋼，碳鋼以共析鋼與過共析鋼為主；合金鋼有矽錳鋼（Si-Mn）、錳鉻鋼（Mn-Cr）、鉻釩鋼（Cr-V）、錳鉻釩鋼（Mn-Cr-V）
(b) 加工型彈簧鋼：藉由抽拉、軋延、冶煉加工過程而產生的彈簧，必要時施以回火及強韌化處理，如琴鋼線及油回火鋼絲。
2. 橡皮、橡膠及合成樹脂彈簧
用途在於吸收震動、衝擊力的緩衝。
3. 流體材料
利用空氣的壓縮性及水的擾流關係，作成的彈簧，例如氣墊避震器及油壓避震器。
4. 非鐵與非鐵金屬合金：
銅合金：有黃銅、磷青銅、鈹銅合金、孟鈉合金、及K類孟鈉合金。
不鏽鋼：具有高強度、耐腐蝕性及耐熱性。
英高鎳合金（Inconel）：屬於超合金可耐高溫400℃而不鬆弛。
英高鎳（X）合金：英高鎳合金加入少許的鈦和鋁的元素，為析出硬化型的材料，質輕又可耐高溫500℃而不鬆弛。
以各種金屬或合金作彈簧時，其強度依直徑增加而降低。
彈簧發生鬆弛現象，影響因素為：
1. 負荷增加
2. 溫度升高
《彈簧線材表》
| 中文名稱 |
英文名稱 |
性質簡介 |
| 硬鋼線 |
Hard Drawn Wire |
含碳量在0.60 ~ 0.70左右乃是價格最低廉且多用途的彈簧用碳鋼使用於低應力或靜負荷的場合。對於彈簧的壽命、精確度及變形不做嚴格要求者，唯不可使用120F以上或零度以下之溫度環境。 |
| 鋼琴線 |
Music Wire |
為高品質的高碳鋼線，為小型彈簧之最佳及運用最廣的材料。鋼琴線具高強度且富韌性，唯不可使用120F以上或零度以下之溫度環境。 |
| 不?鋼 |
Stainless Wire |
此種彈簧材料具備高拉力強度及耐蝕能力，使用溫度高達550F，以可使用於零度以下溫度之工作環境。高溫使用一有優越的抗潛變性質。 |
| 油回火線 |
Oil Temper Wire |
即將鋼線冷拉至規格尺寸，然後經由淬火及回火處理而成。當考慮使用鋼琴線之成本太高或是彈簧所需尺寸較大時，則可用此種材料代替之。但要注意的是，不可使用嚴重衝擊或是需要長疲勞壽命之用，以及不可使用在180C以上或零度以下之溫度環境。 |
| 合金鋼線 |
Alloy Steel Wire |
不同種類的合金鋼線分別適用在各種具嚴苛高溫、高應力及耐疲勞之工作環境中。引擎汽門之閥彈簧即為其典型之例子。 |
四、壓縮彈簧
壓縮彈簧：用途最廣的彈簧 。
螺旋壓縮彈簧：斷面為圓形，製造成本低廉。
 
 
錐形彈簧：用於小空間，短距離，收縮空間節省，受外力時由大直徑部分先變形。常用於彈簧床及沙發。
  
在一般線性彈簧有 F = kx ，受力與變形量成正比的虎克定律關係，一個彈簧的「彈簧常數(pring
rate)」k，應該是彈簧最重要的一個性質。影響彈簧常數k的大小有很多因素，從直覺來判斷，其他條件完全相同之下，構成彈簧的鋼絲越粗，彈簧自然越「
硬」，也就是k越大；圈形彈簧通常是由一根鋼絲纏繞成螺旋線圈狀，而線圈直徑越小，彈簧的剛性也越大；同樣的鋼絲和線圈直徑，長度越長時彈簧越「軟」，也就是k越小；製作彈簧的材料也有關係，材料本身剛性越大，所製作的彈簧彈性常數也越大。
彈簧的線徑、平均直徑、長度、彈簧材料是影響彈簧常數的四個重要因素，以下便對這四個因素詳細討論。
如圖一所示，彈簧線圈直徑的標示，通常以「平均直徑(mean
diameter)」來表示，式(1)、(2)是彈簧線徑(Dw)、內徑(ID)、外徑(OD)和平均直徑(Dm)之間的關係：
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(1) |
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(2) |
（圖一、彈簧線徑、內徑、外徑和平均直徑）
壓縮彈簧需要考慮四種不同狀況下的長度，包括「自由長度(free length)」Lf、「裝置長度(installed
length)」Li、「操作長度(operating length)」Lo、和「固實長度(solid
length)」Ls。自由長度顧名思義，就是壓縮彈簧完全沒有受力時的長度，然而彈簧實際裝置在機具上時，通常不會以自由長度的狀態，而是會先施予一個預力，此時彈簧的長度稱作裝置長度。
在實際操作的狀態，例如機車懸載彈簧在騎乘機車時，又會受到外力（如騎士體重、路面凸起等）而被進一步壓縮，在實際操作狀態下彈簧的長度稱作操作長度。最後壓縮彈簧被壓縮到線圈之間完全沒有空隙，也就是線圈之間彼此直接接觸時的長度，稱作固實長度，此時彈簧受力大小，也正是此壓縮彈簧所能承受最大壓縮力。很明顯的，彈簧的固實長度等於線徑乘上彈簧的線圈總數N。
另一個和彈簧的長度直接相關的量是彈簧的「有效線圈數(number of active
coils)」Na。螺旋壓縮彈簧因為組裝上的需要，兩端通常會作閉合和研磨的處理，使彈簧兩端能有平整的表面，如圖2所示。經過這樣處理的彈簧，頭尾兩端的線圈均非「有效」的線圈，因此有效線圈數為
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(3) |
（圖二、彈簧兩端經過閉合和研磨的處理）
如圖三所示，彈簧線圈和線圈之間的距離稱為「節距(pitch)」p，將螺旋彈簧一圈打開時，可以得到如圖3右圖所示的直角三角形，兩股分別為 p
和  ，而螺旋線圈和水平線所成的夾角稱為「節距角(pitch
angle)」 ，由圖
三可知：
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(4) |
（圖三、彈簧的節距和節距角）
最後彈簧的自由長度可以用下式來表示：
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(5) |
五、彈簧受力時的應力分析
討論彈簧受力時的應力分析，一個很重要的概念是，圈形彈簧在受到壓縮或拉伸時，彈簧鋼絲本身是產生扭轉變形(twisting)的。這個現象可以想像將一根水管盤成一圈一圈，再拉長開來，可以很容易觀察到水管本身是受到扭轉變形。
如圖四所示，圈形彈簧圓心處受一壓縮力F時，對於彈簧鋼絲產生了大小為 的扭力。
（圖四、圈形彈簧在受到壓縮或拉伸時，彈簧鋼絲本身產生扭轉變形）
一圓軸受到扭力 T 時，其扭轉剪應力為 ，且實心圓軸外徑為d時極慣性矩為 ，因此在彈簧鋼絲受到扭力的狀態，扭轉剪應力為
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(6) |
由式(6)可以看出，壓縮彈簧受力時產生的剪應力大小，平均直徑和彈簧鋼絲的線徑是兩個主要的影響因素，其中線徑的影響相當大。但是在實際彈簧應力計算上，還須考慮加入一個類似應力集中係數的「瓦爾因素(Wahl
factor)」K，式(6)變成
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(7) |
瓦爾因素的估計和彈簧鋼絲纏繞成螺旋線圈時，因鋼絲的大變形量而產生的應力有關。討論彈簧性質時另外一個重要的參數是「彈簧指數(spring
index)」，定義為彈簧平均直徑與線徑的比值：
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(8) |
彈簧指數通常在5到12之間，彈簧指數太小，表示要以較粗的彈簧鋼絲（ Dw 較大），纏繞成較瘦長的螺旋線圈（
Dm 較小），在製造上可能會有困難，鋼絲嚴重變形甚至可能產生裂隙而破壞。瓦爾因素的估計也和彈簧指數有如下的關係：
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(9) |
圖五是瓦爾因素對彈簧指數的圖形，由圖5中可以看出，彈簧指數越小，製造時因彎曲變形產生的應力越大，瓦爾因素也越大。
（圖五、瓦爾因素對彈簧指數的圖形）
一般機件中彈簧上作用的負載，大多是反覆或變動負載。反覆負載超過疲勞限而反覆次數多時，材料會因疲勞而破壞，這是大部份彈簧破壞的原因，做彈簧應力的分析、比較時，也應以疲勞破壞模式為主。另外彈簧指數小時，常表示彈簧外型比較「瘦長」，受到壓縮時也容易產生側潰。但是壓縮彈簧裝置時通常裝置在一孔內，變形受到外壁限制，或者中央有一軸心穿過，因此側潰的問題通常反而不是那麼重要。
先前提到，一圓軸受到扭力時，其扭轉形變為 ，稍加整理可得 ，因此在彈簧受到壓力時，因彈簧鋼絲扭轉產生的應變能為
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(10) |
但是 ， ， ，代入式(10)，可以將彈簧受壓縮時的應變能以彈簧實際的尺寸、規格來表示：
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(11) |
而從彈簧外力與形變的關係 來看，彈簧受力F時所吸收的位能是 ，與式(11)相對照，可以得到彈簧的彈簧常數為
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(12) |
由式(12)可以看出，彈簧的彈簧常數的確取決於彈簧鋼絲線徑、線圈平均直徑、彈簧的長度（實際上是有效圈數）、和材料的剪力剛性模數等四個因素，其中又以彈簧鋼絲線徑和線圈平均直徑影響最大。知道彈簧各項規格之後，便可藉由式(12)計算彈簧常數，另一方面知道設計中所需求的彈簧常數之後，也可以藉由式
(12)來訂定彈簧的各項規格。
G= 線材之鋼性模數
琴鋼線 G=8000 ，不?鋼線 G=7300 ，磷青銅線 G=4500 ，黃銅線G=3500
《壓縮、拉伸螺旋彈簧之計算公式（圓形斷面）》
| 符號代號： |
| d:：線材直徑 |
D：平均直徑 |
n：有效捲數 |
| G：彈性係數 |
P：荷重 |
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彈簧常數計算例：
線徑 = 2.0 mm ， 外徑 = 22 mm ， 總圈數 = 5.5 圈 ，彈簧材質= 琴鋼線。
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