机械设计基础 弹簧 参赛课件

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1、弹簧参赛选手：*****第18章弹簧§18-1弹簧的功用和类型§18-2圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形§18-3弹簧的制造、材料和许用应力§18-5其他弹簧简介§18-4圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计工作特点：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;如凸轮机构、离合器、阀门等；§18-1弹簧的功用和类型3.存储能量;如钟表仪器中的弹簧；4.测量力的大小。如弹簧秤中的弹簧螺旋弹簧圆柱形截锥形按形状分按受载分拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧类型：分类2.缓冲吸振;如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧；本章内

2、容分类螺旋弹簧圆柱形截锥形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仪表中储能用板弹簧碟形弹簧设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云T一、弹簧的应力已知条件如图。§18-2圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形D2dTαFF截面受力扭切应力剪切应力FFτ’D2/2弹簧轴线dD2/2弹簧轴线dτ”Fτ”τ’τD2/2弹簧轴线dTF设计：潘存云设计：潘存云1.61.51.41.31.21.11.0C=D2/2曲度系数K3456782010121416918C——旋绕比，或弹簧指数。——弹簧的曲度系数强度条件截面总切应力dτ”τ’τ未考虑簧丝曲率的应

3、力dτ”τ’τ设计公式其实质是一个修正系数，其值可直接查表下表可得精确分析可得如下公式：设计：潘存云设计：潘存云二、弹簧的变形dφ在轴向载荷的作用下，弹簧产生轴向变形λ，取微段分析D2/2微段轴向变形量dλC↓k↑C值过小制造困难，内侧应力↑；取值范围：C=4~16C值过大弹簧容易颤动。dλFn为有效圈数G--材料的切变模量：根据材料力学有关圆柱螺旋弹簧变形的计算公式dsOD2F钢：G=8×104Mpa,青铜：G=4×104MpaλTTO’设计：潘存云一、弹簧的制造§18-3弹簧的制造、材料和许用应力二、弹簧的材料制造过程：卷绕、端面加工(压簧)或拉

4、钩制作（拉簧或扭簧）、热处理和工艺性试验。冷卷：d<10mm热卷：d≥10mm低温回火，消除应力淬火、回火经强压处理可提高承载能力。强压处理：将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限，并保持一定时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应力相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应力。要求：高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能。材料：优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢、有色金属合金。碳素弹簧钢：含碳量在0.6~0.9%之间，如65、70、85合金弹簧钢：硅锰钢、铬钒钢。有色金属合金：硅青铜、锡青铜、铍青铜。优点：容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的

5、强度，适宜的韧性和塑性。缺点：当d>12mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的弹簧。优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧。选用原则：充分考虑载荷条件（载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。三、弹簧的许用应力弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、弹簧的工作条件和重要程度，以及簧丝的尺寸等弹簧按载荷分为三类：I类弹簧：受变载荷作用次数>106，或很重要的弹簧。II类弹簧：受变载荷作用次数在103~105，或受冲击载荷的弹簧，或受静载荷的重要弹簧。III类弹簧：受变载荷作用次数在

6、<103，或受静载荷的弹簧。表18—1螺旋弹簧的常用材料和许用应力材料名称牌号65、700.3σB0.4σB0.5σB–40~120碳素弹簧钢丝Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ60Si1Mn480640800–40~20045~50HRC合金弹簧钢丝Ⅰ类弹簧[τI]青铜丝Ⅱ类弹簧[τII]Ⅲ类弹簧[τIII]推荐使用温度℃推荐硬度范围特性及用途强度高，性能好，但尺寸大了不易淬透，只适用于小弹簧。50CrVA450600750–40~21045~50HRC4Cr13450600750–40~30048~53HRCQSi3-1270360450QSn4-3270360450–4

7、0~12090~100HBS弹性和回火稳定性好，易脱碳，用于制造受重载的弹簧。有高的疲劳极限，弹性、淬透性和回火稳定性好，常用于承受变载的弹簧耐腐蚀，耐高温，适用于做较大的弹簧耐腐蚀，防磁好许用切应力/MPa组别III、IIaIII钢丝直径d/mm0.20.30.50.81.01.21.62.02.53.03.54.04.55.06.08.0270027002650260025002400220020001800170016501600150015001450---2250225022002150205019501850180016501650155015

8、001400140013501250175017501700217