谁发明了弹簧？从古代弓到现代螺旋弹簧的完整发展史

简而言之：并不存在某一位发明者独立“发明了”这个 弹簧。

但如果要追溯最常被认为将弹簧从粗略的机械巧件推进为精密工程元件的那个人，那就是 Richard Tredwell——这位英国发明家于 1763 年就首个螺旋弹簧设计获得了第 792 号专利。

而若要寻找使现代弹簧成为可能的科学基础，则应提到 Robert Hooke：他于 1676 年发表了弹性定律，至今仍是弹簧设计的理论依据。

完整的历史远比单独提及任何一个名字更长，也更为精彩。

简要答案：这取决于您所说的“弹簧”具体指什么

弹簧是一种储能装置。

弹簧在受形变时储存机械能，并在恢复原始形状时释放能量。

按这一定义，弹簧早在史前时期就已存在——被拉开的弓本身就是一种弹性元件。

用于触发陷阱的弯曲树枝，也是弹簧的一种形式。

但今天我们所熟知的螺旋金属弹簧——例如汽车悬架、圆珠笔或车库门中所使用的那类弹簧——则是较晚出现的发明，其起源也更加明确。

而使工程师能够精确设计弹簧的科学体系，则出现得更晚。

下面按大致时间顺序梳理这段发展历程。

古代起源：在“弹簧”一词出现之前，弹性结构早已存在

弓箭（距今 64,000 年前）

已知最古老的非螺旋弹簧是弓。

考古证据表明，南部非洲至少在 64,000 年前就已使用弓箭。

当射手拉开弓弦时，弓臂发生弯曲并储存能量；一旦松弦，储存的能量便释放出来，将箭矢射出。

这就是胡克定律的实际体现，只不过它早在 Hooke 出生数千年前就已存在。

青铜时代的盘绕构件（约公元前4000年）

考古学家在巴尔干地区及欧洲多地发现了可追溯至约公元前4000年的盘绕式螺旋金属丝器物。

这些器物并非严格意义上的机械弹簧，更可能用于装饰或饰品扣件，但它们表明，人类在很早以前就已经掌握了将金属加工成盘绕形态的方法。

古埃及与战车（约公元前1333年）

图坦卡蒙时期的战车可追溯至约公元前1333年，其悬挂系统已相当复杂，并通过柔性部件吸收冲击。

这些非盘绕式、类似板簧的构件提升了战车的行驶平顺性和结构性能。

这也是已知最早的实例之一：弹性元件被集成到更大的机械系统中，而不是作为单独部件存在。

罗马攻城武器（自公元前3世纪起）

罗马军事工程师采用扭力弹簧——即在张力作用下绞绕的绳索或筋腱——为投石机和弩炮提供动力。

绞绕材料中储存的能量会突然释放，从而将弹丸发射出去。

希腊工程师阿基米德在公元前214—212年锡拉库萨围城战期间对这些机构进行了改良，因此通常被认为是其完善者。

中世纪：板簧与早期时钟

门锁与钟表弹簧（15世纪）

按现代机械意义理解的首批盘绕弹簧出现在15世纪初的欧洲，最早应用于门锁机构。

板式金属弹簧由淬硬钢弯制而成，为锁具机构提供了保持到位所需的张力。

更重要的发展则来自钟表。

15世纪出现了发条驱动时钟，它以卷绕的扁平弹簧（称为主发条）取代笨重的重锤作为动力源。

这使可携式计时器具首次成为可能。

到16世纪，这类钟表发条已被缩小到足以应用于最早的大型怀表中。

列奥纳多·达·芬奇与手枪弹簧（1493）

1493年，列奥纳多·达·芬奇将弹簧机构引入手枪设计，使单手击发武器成为可能。

该弹簧使击发机构处于预紧状态，并在扣动扳机时释放；这一构想在随后数个世纪中奠定了火器设计的基础。

罗伯特·胡克：为弹簧赋予科学基础的人

弹簧在罗伯特·胡克之前早已存在。

但胡克——1635年生于英格兰怀特岛——是首位以数学方式描述弹簧行为的人。

1676年，胡克发表了弹性定律，最初以拉丁字谜的形式呈现："ceiiinosssttuv."

两年后，在其1678年的著作 Lectures de Potentia Restitutiva （《论弹性体的回复力》）中，他揭示了答案："ut tensio, sic vis"——“伸长若此，力亦若此”。

通俗地说，弹簧拉伸或压缩得越多，其回弹力就越大，而且这种关系是线性的——直至达到弹簧的弹性极限。

用现代符号表示：

F = −kx

其中，F表示回复力，k表示弹簧刚度，x表示位移。

如今，这一方程仍广泛用于各类弹簧计算，从机械手表中的游丝到卡车悬架弹簧，均离不开它。

胡克还将其定律应用于实际，设计出用于怀表的游丝，使怀表的走时精度较此前任何产品都显著提升。

他的研究为弹簧秤、检流计以及机械钟表的摆轮奠定了基础。

→ 外部参考： 《大英百科全书》— 罗伯特·胡克

理查德·特雷德韦尔：首项螺旋弹簧专利（1763）

如果说胡克为弹簧奠定了科学基础，那么理查德·特雷德韦尔则赋予了弹簧现代形态。

1763年，来自约克郡罗瑟勒姆的英国发明家特雷德韦尔获得大不列颠第792号专利，专利名称为“Springs For Carriages”。

这份四页专利包含九种螺旋悬架系统方案，并以明确表述突出了其新颖性：“my new method of making and constructing springs for the hanging of coaches.”

螺旋弹簧相较于其所替代的板簧实现了显著改进。

板簧需要定期分片并加注润滑，以防止异响和咬死。

特雷德韦尔的螺旋式设计则无需这些处理。

此外，其结构更紧凑，输出力更稳定，磨损后也更便于更换。

事实上，特雷德韦尔早在1762年就已就车用板簧提交过一项专利；次年的第792号专利则清楚表明，他的构想已逐步发展并转向螺旋形式。

钢制螺旋弹簧与工业革命

1857年：钢材改变一切

特雷德韦尔的弹簧是一项重要发明，但受限于当时材料水平，其性能仍受到制约。

钢制螺旋弹簧——硬度更高、弹性更好、耐久性更强——于1857年首次在美国获得专利，最初用于椅座。

钢材更高的抗拉强度使弹簧能够在不发生永久变形的情况下储存更多能量，从而拓展了更为广泛的应用领域。

1871年：内弹簧床垫

德国发明家海因里希·韦斯特法尔于1871年将螺旋弹簧引入首款内弹簧床垫中。

这项发明改变了家具与寝具行业，但韦斯特法尔本人却在贫困中离世，未能从中获利。

规模化生产与汽车工业时代

工业革命不仅催生了对弹簧的需求，也建立起了大规模生产所需的制造基础设施。

20世纪初，手工卷簧逐步被机械卷簧取代；随后一系列专利密集出现，推动了自动卷簧、锥形弹簧生产以及扭簧制造设备的发展。

短短不到五年，弹簧行业便由手工作坊式生产迈入工业化生产阶段。

汽车工业使精密弹簧成为大规模市场的必需品。

悬架弹簧、气门弹簧和回位弹簧几乎出现在汽车的每一个运动部件中。

到20世纪中期，据估计，超过90%的机械制品都需要配备某种类型的弹簧。

弹簧发展史关键时间节点

各类弹簧分别由谁发明？

弹簧的发展史并非一次发明即可概括，而是一系列发明不断演进的结果，每一种都针对不同问题提供了解决方案。

以下按大致时间顺序排列。

摆轮游丝 / 发条游丝（17世纪70年代）

17世纪70年代，Robert Hooke 将其弹性定律应用于钟表摆轮游丝的设计，这是其理论成果最早的实际应用之一。

这种螺旋扭转弹簧用于控制机械表摆轮的振荡，直接决定走时精度。

大多数现代机芯的运行频率为 3–4 Hz，即每小时 21,600–28,800 次振动。

板簧（18世纪）

18世纪，法国马车制造商引入了弧形板簧，以更好地支撑车身重量并吸收路面冲击。

Richard Tredwell 本人在 1762 年就为一项板簧设计申请了专利，比他著名的螺旋弹簧专利还早一年，这表明这两项技术是并行发展的。

时至今日，板簧仍是重型卡车和挂车悬架的标准配置。

压缩弹簧（1763年）

其技术渊源可直接追溯至 Tredwell 1763 年的专利。

多数人对弹簧的典型印象，正是这种结构——受载后缩短并产生反作用力的螺旋线圈弹簧。

钢制版本于 1857 年问世，到 20 世纪，压缩弹簧已成为全球工业与消费领域中应用最广泛的弹簧类型。

拉伸弹簧（19 世纪）

拉伸弹簧 与……同步发展 压缩弹簧 并贯穿整个 19 世纪。

压缩弹簧以推力工作，而拉伸弹簧则以拉力工作——其通过拉伸储存能量，并利用这部分能量将两个部件拉回并拢。

纱门、蹦床和健身器材均依赖这一原理。

20 世纪 50 年代，卷簧成形设备的应用显著提高了生产效率并降低了制造成本，进一步巩固了其在批量制造中的地位。

碟形弹簧（1861 年）

1861 年，法国敦刻尔克工程师 Julien François Belleville 就一种锥形 碟形弹簧 ——这一设计至今仍以他的名字命名。

该 Belleville 碟形弹簧 解决了一个特定问题：在极小的轴向空间内提供极高的承载能力，而这一点是螺旋弹簧难以高效实现的。

20世纪30年代初，工程师 Almen 和 Laszlo 系统化了碟形弹簧的设计理论，并制定了 DIN 2092 和 DIN 2093 标准；时至今日，这两项标准仍是碟形弹簧规格制定的全球参考依据。

其现代应用范围涵盖航空航天、一级方程式赛车，以及轴承预紧系统和高压阀门组件。

扭簧（古老原理，现代形态）

扭转载荷原理可追溯至古罗马投石机，其通过绞合绳索和筋腱储存并释放能量。

现代螺旋扭簧——即通过旋转而非线性压缩储能的卷绕钢丝弹簧——在19世纪及20世纪初逐步成为标准工程元件，这一发展同样得益于钢丝制造技术的进步，而这些进步也推动了压缩弹簧的发展。

如今 扭簧 广泛应用于车库门、晾衣夹、捕鼠器、汽车座椅调角机构以及数百种需要受控旋转力矩的其他机构中。

波形弹簧 / 线性波形弹簧 （1968）

Smalley Steel Ring Company 于1968年开发出首个边绕式波形弹簧，最初用于解决卡口连接器中的载荷公差问题。

波形弹簧的核心优势在于节省空间：在提供与螺旋弹簧相近弹力的同时，其轴向高度仅约为后者的一半。

这一点对于每一毫米都至关重要的精密组件尤为重要。

此后，波形弹簧已应用于医疗器械、航空航天设备，甚至火星探测车。

氮气弹簧（20世纪70年代）

气弹簧概念早在19世纪末就已在美国获得专利，但直到20世纪70年代，随着汽车工程师将氮气弹簧应用于发动机盖和行李厢盖，这一技术才实现广泛工业化应用。

与金属弹簧不同，气弹簧是在密封缸筒内利用压缩氮气工作——活塞在气体压力作用下运动，在整个行程中输出平稳、近乎恒定的力。

因此，在需要受控、可预测运动而非单纯储能能力的场合，气弹簧尤为适用。

如今 氮气弹簧 广泛应用于机床压力机、医院病床、办公椅、航天舱门以及冲压模具设备中。

常见问题

弹簧是谁发明的？

弹簧并非由某一位发明者独立发明。

如果指的是螺旋弹簧，Richard Tredwell 于 1763 年获得了首个专利。

如果指的是弹簧设计背后的科学原理，Robert Hooke 于 1676–1678 年间发表了弹性定律。

如果将非螺旋类弹簧也计算在内，人类至少在公元前 64,000 年就已将其用于弓箭。

螺旋弹簧是谁发明的？

来自约克郡罗瑟勒姆的英国发明家 Richard Tredwell 于 1763 年获得英国专利第 792 号——这是首个有文献记载的螺旋弹簧专利，设计用途为马车悬挂系统。

什么是胡克定律，为什么它如此重要？

胡克定律指出，弹簧所产生的力与其位移成正比：F = −kx。

该定律由 Robert Hooke 于 1678 年提出，是工程领域一切弹簧计算的数学基础。

没有这一理论，弹簧就无法实现可靠设计与准确选型。

钢制螺旋弹簧是什么时候发明的？

首个钢制螺旋弹簧于 1857 年在美国获得专利，最初用于椅座。

相较于早期材料，钢材在弹性和强度方面优势更为突出，显著提升了弹簧性能，并推动其进入工业化应用。

弹簧最早的实际用途是什么？

用于狩猎和防护的弓箭，是目前已知最早的弹簧应用——其历史至少可追溯至 64,000 年前。

弹簧作为更大机械系统中的组成部件，其最早应用通常可追溯到约公元前 1,333 年古埃及战车中类似板簧的构件。

总结

弹簧并非由某一位发明者创造，而是在数千年的演进中逐步形成；每个时代都带来了新的形态或新的认识。

其中两位关键人物尤为重要：Robert Hooke 于 1676–1678 年间凭借弹性定律为弹簧奠定了数学基础；Richard Tredwell 则于 1763 年将这一认识转化为获得专利的实用螺旋弹簧设计，由此开启了现代弹簧工业。

从公元前 4,000 年的青铜镊子，到今天通过 CNC 绕制的精密弹簧，弹簧始终是人类历史上最具持续实用价值的机械发明之一。

它能够储存能量并释放能量——这一看似简单的原理，支撑着从 扭簧 车库门中的扭簧，到悬索桥的诸多应用。

如果您正在为下一项应用选择弹簧类型，请参阅我们的指南： 扭簧与拉伸弹簧。