8、弹簧设计和计算

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1、EE弹簧设计和计算弹簧设计和计算弹簧设计和计算XiXi’’anJiaotongUniversity,ChinaanJiaotongUniversity,China电力设备电气绝缘国家重点实验室EE主要内容1、弹簧在断路器中的应用2、弹簧的分类3、弹簧的基本参数4、低压断路器常用弹簧的计算22013-04-02EE1.1.弹簧在断路器中的应用弹簧在断路器中的应用弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。在载荷作用下能够产生变形，卸载时释放能量恢复原形，加载变形过程遵循一定的规律，可以用来控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等弹簧的主要作用有：¾保证动作力：如操作机构的作用力

2、、触头压力、电磁系统的反作用力等；¾缓冲作用：由于电器上电磁铁的吸合、断开时有很大的冲击力，用弹簧制成缓冲机构，可以吸收动能，减少冲击。¾防止联结件松动：电器在工作中有振动，各联结部分需要用弹簧的弹力压紧，防止松动。32013-04-02EE2.2.弹簧的分类弹簧的分类（1）圆柱螺旋弹簧这类弹簧多数由圆形截面材料制成，当同样空间条件下需要更大的刚度时，可选用矩形截面的材料圆柱形螺旋压缩弹簧圆柱形螺旋压缩弹簧圆柱形螺旋压缩弹簧¾圆柱形螺旋压缩弹簧结构简单，制造方便，特性接近于直线型，刚度值较稳定。在低压断路器中一般用作触头弹簧、螺旋管式电磁脱扣器的瞬时弹簧等。¾圆柱形螺旋拉伸弹簧的性能

3、和特点与压缩弹簧相同，主要承受拉伸载荷，其特性线是直线型，分无初应力和有初应力两种。在低压断路器中常用作机构主弹簧（一般有初应力）、拍合式电磁脱扣器的瞬时弹簧和机构的复位弹簧等（一般无初应力）。¾圆柱形螺旋扭转弹簧主要承受扭矩作用，特性线呈直线型，在低压断路器中常用作触头弹簧或机构及脱扣器的复位弹簧。42013-04-02EE（2）变径螺旋弹簧¾圆锥形螺旋弹簧这类弹簧的特点是稳定性好，结构紧凑，其特性线开始是直线，随着载荷的增加，逐渐变成渐增型，有利于缓和冲击和共振，接触器弹簧的主弹簧常选用圆锥形弹簧。¾中凸和中凹形弹簧这类弹簧的特性相当于圆锥形弹簧，中凸形弹簧在某些场合可替代圆锥形

4、弹簧使用，中凹形弹簧主要用作坐垫和床垫。（3）碟形弹簧加载与卸载特性不重合，在工作过程中有能量消耗，缓冲和减震能力强，蝶形弹簧常用于中、高压产品中。52013-04-02EE（4）平面蜗卷弹簧这类弹簧圈数多，变形角大，储存能量大，多用在仪器和钟表中（5）片弹簧这类弹簧由薄片材料制成，结构形状繁多，主要用于仪表及低压元器件中，继电器中使用较多。按照不同使用条件和承受负荷的情况，弹簧又分成4大类¾第1类：承受静负荷，或变换次数甚少并不带冲击性负荷的弹簧。¾第2类：承受具有一定次数的变换，但冲击并不强烈的弹簧。¾第3类：承受高速变换次数，但并不太强烈的冲击负荷的弹簧。¾第4类：承受高速变换

5、次数，且具有猛烈冲击的弹簧。按受力循环次数N的不同，我国弹簧分为3类62013-04-02EE3.3.弹簧的基本参数和基本概念弹簧的基本参数和基本概念（1）弹簧的旋绕比C或W工作负荷是指弹簧在工作进程中承受的力或力矩。极限负荷是指对应于弹簧材料屈服极限的负荷（力或力矩）。工作极限负荷是指弹簧工作中可能出现的最大负荷。72013-04-02EE变形量又称挠度，是指弹簧沿负荷作用方向产生的相对位移工作扭转角指扭转弹簧承受工作负荷时的角位移。8EE指沿螺旋轴线两端间的螺旋圈数。指计算弹簧刚度时的螺旋圈数。指旋绕比对应力影响的修正系数。又称弹簧稳定性指标，是指压缩弹簧的自由高度与中径之比92

6、013-04-02EE（17）弹簧的端部结构¾两端圈并紧并磨平¾两端圈并紧不磨平¾两端圈不并紧拉伸弹簧的端部结构主要是钩环形状，设计和选用端部结框架断路器图构型式时，主要考虑弹簧在机构中的安装方式、空间条件及载荷性质等因素，在满足使用的前提下，尽量选用简单的结构型式。扭转弹簧的结构型式很多，列入国家标准的只是常用的几种，根据不同的安装方法和使用条件选用或自行设计。10EE许用应力合金弹簧钢丝卷绕的弹簧不必考虑初应力112013-04-02EE122013-04-02EE132013-04-02EE4.4.低压断路器常用弹簧的计算低压断路器常用弹簧的计算4.1压缩弹簧的计算142013

7、-04-02EE15EEEE弹簧的旋绕比C的选取曲度系数K的选取EE4.2拉伸弹簧的计算2013-04-02EE19/292013-04-02EE20/292013-04-02EE4.3扭簧的计算21/292013-04-02EE22/292013-04-02EE23/292013-04-02EE5.5.弹簧计算实例弹簧计算实例5.1压缩弹簧24/292013-04-02EE5.2拉伸弹簧25/292013-04-02EEEEThankyouverymuc