机械设计第十六章

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1、16-1概述工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形，在机械设备中被广泛用作弹性元件。功用：1、控制机构运动或零件的位置，如离合器2、缓冲吸振，如车辆悬架3、存储能量，如钟表4、测量力的大小，如弹簧秤5、改变系统的自振频率分类螺旋弹簧按形状分按受载分拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧环形弹簧平面涡圈弹簧板弹簧碟形弹簧圆柱形圆锥形16-2圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力弹簧的节距→p自由状态→间距δ最大载荷作用下→δ1δ1=0.1d≥0.2mmd为弹簧丝的直径公式解释：d>2mm，最小距离δ1为0.1d，当d<2mm，最小距离δ1为0.2mm，至少保证0.2mm。1.圆柱螺

2、旋压缩弹簧死圈：弹簧的两个端面圈应与邻圈并紧，只起支承作用，不参与变形。数量：当弹簧的工作圈数n<7时，弹簧每端的死圈约为0.75圈；n>7时，每端的死圈约为1～1.75圈。弹簧端部的结构有多种形式两个端面圈均与邻圈并紧且磨平并紧不磨平加热卷绕时弹簧丝两端锻扁且与邻圈并紧在重要的场合，应采用YI型以保证两支承端面与弹簧的轴线垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。弹簧丝直径d≤0.5mm，弹簧的两支承端面可不必磨平。d>0.5mm的弹簧，两支承端面则需磨平。磨平部分应不少于圆周长的3/4，端头厚度一般不小于d/8，端面表面粗糙度应低于Ra25μm。2.圆柱螺旋拉伸弹簧空载时→各圈应相

3、互并拢卷绕的过程中同时扭转→预应力外加拉力>预应力→各圈才开始分离→节省轴向的工作空间拉伸弹簧的端部制有挂钩，以便安装和加载LI型和LII型制造方便，应用很广。但因在挂钩过渡处产生很大的弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径d≤10mm的弹簧中。LVII、LVIII型挂钩不与弹簧丝连一体，适用于受力较大的场合。螺旋弹簧的制造工艺1、卷制2、挂钩3、端面圈精加工4、热处理5、工艺试验6、强压处理冷卷：用于预先热处理后拉成的直径d<(8～10)mm的弹簧丝热卷：温度随弹簧丝的粗细在800～1000℃的范围内选择热处理：冷卷→回火热卷→淬火+中温回火处理强压处理：超过极限载荷持续6～48h

4、，产生有益的残余应力，不适用长期振动、高温或腐蚀性介质情况106～103～105～103S：静D：动L：低M：中H：高常用弹簧钢主要有下列几种：碳素弹簧钢：价廉，多次重复变形后易失去弹性，工作温度<130℃低锰弹簧钢：淬透性较好和强度较高，淬火后容易产生裂纹及热脆性，用于尺寸不大弹簧硅锰弹簧钢：弹性极限显著提高，回火稳定性好，用于汽车、拖拉机的螺旋弹簧铬钒钢：组织细化、强度和韧性好、耐疲劳和抗冲击性能良好，-40～210℃的温度下可靠工作，但价格较贵。多用于要求较高的场合，如用于制造航空发动机调节系统中的弹簧。16-3圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算(一)几何参数计算外径D

5、2、中径D、内径D1、节距p、螺旋升角α及弹簧丝直径d。压缩弹簧长细比bb=H0/D2b在1~5.3的范围选取表16-3计算公式压缩弹簧拉伸弹簧参数名称及代号中径DD=Cd取标准值自由高度或长度H0有效圈数n备注Hh为钩环展开长度两端并紧，磨平；H0≈pn+(1.5~2)d两端并紧，不磨平；H0≈pn+(3~3.5)dmm内径D1D1=D-d旋绕比CC=D/d外径D2D2=D+dH0=nd+HhHn=H0-λnHn=H0+λnλn为工作变形量n≥2按16-11计算工作高度或长度拉伸弹簧n1尾数为1/4、1/2、3/4、整圈，推荐用1/2圈续表16-3计算公式压缩弹簧拉伸弹簧参

6、数名称及代号总圈数n1节距pp=(0.28~0.5)Dp=d轴向间距δδ=p-d展开长度L螺旋角α质量ms备注Lh为钩环展开长度对压缩螺旋弹簧，推荐用α=5˚~9˚γ为材料的密度，对各种钢，γ=7700kg/m3;对铍青铜，γ=8100kg/m3n1=n冷卷：n1=n+(2~2.5)YII型热卷：n1=n+(1.5~2)πDn1cosαL=-----α=tan-1(p/πD)L≈πDn+Lhπd24ms=----Lγmm表16-3续(二)特性曲线H0﹣没有受力变形的自由长度Fmin﹣预加压力H1﹣预加压力下弹簧长度λmin﹣预加压力下弹簧变形量Fmax﹣最大工作载荷H2﹣最大

7、工作载荷下弹簧长度λmax﹣最大工作载荷下弹簧变形量Flim﹣极限载荷H3﹣极限载荷下弹簧长度λlim﹣极限载荷下弹簧变形量无预紧力有预紧力F0有预应力的拉伸弹簧相当于有预变形x。在同样的F作用下，有预应力的拉伸弹簧产生的变形要比没有预应力时小。Fmin=(0.1～0.5)FmaxFmax≤0.8Flim(三)圆柱螺旋弹簧受载时的应力及变形截面形状：多为圆截面，也有矩形截面FcosαFsinαFsinαFcosαA-A截面B-B截面FT=FD/2(扭矩)轴向力Fsinα横向力Fcosα弯矩Tsinα扭矩