机械设计基础课件_第16章 弹簧.ppt

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1、第16章弹簧§16-1弹簧的功用和类型§16-2弹簧的制造、材料和许用应力§16-3圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形§16-5其他弹簧简介§16-4圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计浙江大学专用工作特点：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;§16-1弹簧的功用和类型3.存储能量;4.测量力的大小。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弹簧类型2.缓冲吸振;浙江大学专用本章内容弹簧类型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板弹簧碟形弹簧浙江大学专用一

2、、弹簧的制造§16-2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。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。浙江大学专用碳素弹簧钢：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强度，适宜的韧性和塑性。缺点：当d>12mm，不

3、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、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。浙江大学专用三、弹簧的许用应力弹簧材料的机械性能按受载情况分为三类：P282I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<103，或受静载荷的弹簧。浙江大学专用T一、弹簧的应力已知条件如图。§16-3圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形D2dTαFF截面受力：剪切应力：剪切应力：FFτ’D2/

4、2弹簧轴线dD2/2弹簧轴线dτ”Fτ”τ’τD2/2弹簧轴线d浙江大学专用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力dτ”τ’τ设计公式：浙江大学专用二、弹簧的变形dφD2/2微段轴向变形量dl：C↓→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。dlD2FlF钢：G=8×104Mpa,青铜：G=4×104MpaTTO’dsO浙江大学专用§16-4圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设

5、计一、结构尺寸和特性曲线1.压缩弹簧的结构尺寸压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定间距d。d支承圈或死圈----两端有3/4~5/4圈并紧，以使弹簧站立平直，这部分不参与变形。不磨平磨平端部磨平----重要弹簧端部不磨平----一般用途d/4压缩弹簧的总圈数：n1=n+(1.5~2.5)其它尺寸见P284表。浙江大学专用2.压缩弹簧的特性曲线特性曲线--载荷—变形曲线压缩弹簧的特性曲线F1F2FlimFl浙江大学专用arctgk最小工作载荷:F1=(0.2~0.5)F2最大工作载荷---F2在F2的作用下，tmax<[t]极限载荷---FlimllimUl2l1l0压缩弹簧

6、的特性曲线FlF1F2FlimH2HlimH1最小变形---l1对应的变形---λ2极限变形---llim<0.8nd弹簧刚度：弹簧势能UF1F2FlimH0自由高度浙江大学专用当b大于许用值时，弹簧工作时会弯曲而失稳。措施：内部加装导向杆、或外部加导向套。加装导向杆b=H0/D2高径比：<5.3<3.7两端固定的弹簧一端固定，另一端铰支的弹簧加装导向套失稳浙江大学专用3.拉伸弹簧的结构特点a)各圈相互并紧d=0；b)制作完成后具有初拉力；c)端部做有拉钩，以便安装和加载。拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型、转钩、可调转钩。改进后的结构拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。浙江大

7、学专用二、弹簧设计计算步骤设计要求：有足够的强度符合载荷---变形曲线的要求（刚度要求）不发生侧弯(失稳)已知条件：最大工作载荷F2和相应的变形l2，其他要求（如工作温度、安装空间的限制等）计算步骤：1)选择弹簧材料及结构形式。4)确定弹簧的圈数n。2)计算弹簧刚度：k=F2/l23)求簧丝直径：5)确定弹簧的结构尺寸。浙江大学专用§16-5其他弹簧简介一、圆柱螺旋扭转弹簧端部结构:δ特点：外形和拉压弹簧相似，但承受力矩载荷。作用：用于压紧和储能，如门的自动复位、电机中保持电刷的接触压力等。浙江大学专用