第十六章 弹簧.ppt

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1、第十六章弹簧§16-1概述1.控制机构的运动或零件的位置2.缓冲及减振3.储存及输出能量4.测量力和力矩一、弹簧的功用进汽口排汽口火花塞按受力性质分：压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。二、弹簧的基本类型（见表16-1）按形状分：螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘弹簧和板弹簧。弹簧特性曲线—表示弹簧载荷与变形量之间的关系曲线。弹簧刚度—弹簧的载荷变化量与变形变化量之比，以k表示。拉压弹簧扭转弹簧弹簧特性线呈直线的，其刚度为常数，称为定刚度弹簧；当特性线呈折线或曲线时，其刚度是变化的，称为变刚度弹簧。常见弹簧的种类及特性曲线1.弹簧特性线和刚度三、弹簧

2、的工作原理2.变形能加载过程中弹簧所吸收的能量称为变形能。对于拉、压弹簧对于扭转弹簧加载与卸载特性线所包围的面积即代表消耗的能量U0，U0越大，说明弹簧的吸振能力越强。U0与U之比值称为阻尼系数。§16-2圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料1.压缩弹簧弹簧两端的端面圈与邻圈并紧，不参与弹簧变形，只起支承的作用，俗称死圈。一、圆柱螺旋弹簧的结构2.拉伸弹簧如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此时弹簧各圈应互相并拢。拉伸弹簧分无初拉力和有初拉力两种。拉伸弹簧的端部结构形式二、圆柱螺旋弹簧的制造制造工艺：1.卷制冷卷法:弹簧丝直径较小，低温回火热卷法:弹簧

3、丝直径较大，淬火及回火2.挂钩的制作或端面圈的精加工3.热处理4.工艺试验及强压处理三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力1.弹簧的材料弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限，足够的韧性和塑性，良好的热处理性能。常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢:如60、75、65Mn等合金弹簧钢:如60Si2MnA、50Cr-VA不锈钢:如1Cr18Ni9铜合金:如QBe2非金属:如橡胶、塑料弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关，见表16-2。2.弹簧的许用应力§16-3圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算一、基本参数及其选择圆柱螺旋弹簧的主要参数有：簧丝直径d，表16-5标

4、准系列弹簧中径D，表16-5标准系列内径D1，D=D-d外径D2，D2=D+d弹簧节距p，tan=p/D螺旋升角，5～9旋绕比C，C=D/d查表16-6其他参数：n（有效圈数）、H0（自由高度）查表16-5二、弹簧特性曲线无载荷：弹簧为不受力状态，弹簧的自由高度为H0初始载荷Fmin:弹簧的最小载荷,弹簧压缩到H1,相应变形为λminFmax：弹簧的最大工作载荷，弹簧压缩到H2，相应变形为λmax弹簧的工作行程h：λmax与λmin之差或H1与H2之差Flim：弹簧的工作极限载荷，λlim为极限变形量一般要求：Fmin≤（0.1~0.5）Fm

5、ax,Fmax≤0.8Flim1.压缩弹簧2.拉伸弹簧三、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算1.弹簧受力分析压缩弹簧承受轴向载荷F的作用；簧丝剖面A-A上作用着横向剪力F和扭矩T；现取垂直于簧丝轴线的剖面B-B。—曲度系数2.弹簧应力B-B剖面上弹簧应力：结论：1）弹簧最大切应力发生在弹簧丝剖面内侧m点2）弹簧强度条件：以此按强度确定弹簧簧丝直径d，试算值。(16-2)(16-3)(16-4)四、弹簧的刚度计算—确定弹簧的圈数1.弹簧的变形1）对于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧2）对于有预应力的拉伸弹簧(16-5)(16-6)(16-7)初拉力的计算(16-8)

6、初应力’0的值查图16-92.弹簧刚度和圈数结论：C越小，刚度越大，弹簧越硬，卷制越难C越大，刚度越小，卷制容易,但弹簧应力增大1）对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧2）对于有预应力的拉伸弹簧(16-9)(16-11)(16-11)当弹簧两端固定时，b<5.3；当弹簧一端固定，一端自由转动时，b<3.7；当弹簧两端自由转动时，b<2.6。Fc——临界稳定载荷；Fc=CukFH0Cu——不稳定系数，查图16-11；kF——弹簧刚度。为保证弹簧的稳定性必须满足Fc≥Fmax。若高径比不满足要求，结构上又不允许加装导杆或导套，则必须进行稳定性计算，其临界稳定

7、载荷：压缩弹簧的自由高度H0与中径D之比称为高径比，以b表示：3.弹簧的稳定性验算§16-4圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线扭转弹簧的特性如左图，呈螺旋形，两端带有杆臂或挂钩，自由状态下，各弹簧圈间留有少量间隙。扭转弹簧的特性线见右图。二、圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算扭转弹簧曲度系数圆柱螺旋扭转弹簧钢丝剖面中的应力，可近似地看作弯曲梁进行计算:最大扭转角扭转弹簧的刚度工作圈数：(16-18)C取4~16(16-19)(16-20)簧丝直径：(16-21)(16-22)§16-5其它类型弹簧简介平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧，它的结

8、构是按阿基米德螺线形成的，如左图。平面蜗卷形盘簧特性曲线如右图。一、平面蜗卷形盘簧环形弹簧是由