机械设计第4版 教学课件 作者 李建功 1CH15弹簧.ppt

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1、第十五章弹簧§15-1概述§15-2圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造§15-3圆柱螺旋弹簧的设计计算§15-4受变载荷圆柱螺旋弹簧的强度计算§15-1概述§15-1概述1．弹簧的功用弹簧是一种弹性的元件，它具有刚度小、变形大、在载荷作用下易产生较大弹性变形等特点，在各类机械中应用十分广泛。2．弹簧的分类按弹簧承受的载荷分：拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧弯曲弹簧按弹簧的形状分：螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用最广。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。弹簧的主要功用有：控制机构的运动、缓冲和减振、储存能量、测力以及改变机器的自振频率等。螺旋弹簧碟形弹簧板簧盘簧等环形弹簧各类

2、弹簧虚拟现实中的弹簧（详见表15－1）二、弹簧特性线和刚度弹簧特性线：是表示弹簧载荷和变形之间关系的曲线。概述2弹簧刚度：弹簧产生单位变性所需要的载荷。在数值上，弹簧刚度等于弹簧特性线上某点的斜率。弹簧特性线有：直线型、刚度渐增型、刚度渐减型或几种的组合。概述弹簧刚度式中：F－弹簧所受的载荷（N）；λ－弹簧的变性量（mm）。直线型特性线弹簧具有不变的刚度；非直线性特性线弹簧具有变刚度，称为变刚度弹簧。三、弹簧变性能弹簧变性能：是指弹簧变形后所储存的能量。概述2如加载曲线与卸载曲线不重合，则两者围成的面积，表示在弹簧变形过程中，因摩擦消耗的能量。摩擦消耗的能量越大，则弹簧的吸振能力越强。概述§1

3、5-2圆柱螺旋弹簧的结构材料制造1§15-2圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造一、圆柱螺旋弹簧的结构圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋拉伸弹簧详细介绍详细介绍螺旋弹簧的结构材料制造2圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造二、弹簧的材料及许用应力为了使弹簧能够可靠地工作，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，同时应具有足够的韧性和塑性，以及良好的可热处理性。选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。1）碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜，但弹性极限低；低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂

4、纹；硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好；铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。2）合金弹簧钢3）特殊钢、铜合金和非金属材料等（详见表15－2）三、圆柱螺旋弹簧的制造卷制→挂钩的制作或端面圈的精加工→热处理→工艺试验及强压处理。螺旋弹簧的制造工艺包括：详细介绍圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造许用应力弹簧材料的许用应力与弹簧的类型、材料的力学性能、簧丝直径和载荷性质等有关，见表15－2。卷制分为：冷卷：用于簧丝直径d＜8～10mm的弹簧。热卷：卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。强压处理可以提高弹簧的承载能力。螺旋弹簧的结构材料制

5、造3§15-3圆柱螺旋弹簧的设计计算1一、几何参数计算详细介绍§15-3圆柱螺旋弹簧的设计计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：压缩弹簧拉伸弹簧外径D中径D2内径D1节距t螺旋升角弹簧丝直径d有效圈数n总圈数n1自由高度或长度H0旋绕比C＝D2/d圆柱螺旋弹簧计算2圆柱螺旋弹簧的设计计算二、圆柱螺旋弹簧的承载过程在弹簧的工作图中，应绘制弹簧特性线描述弹簧的承载过程。拉伸弹簧特性线压缩弹簧特性线圆柱螺旋弹簧的几何尺寸公式见表15－6。Fmin－安装时弹簧所受的力，称为弹簧的最小载荷。Fmax－工作中弹簧所受的最大工作载荷。Fj－使簧丝内应力达到弹性极限的载荷，称为弹簧的极限载荷。Fmin、Fm

6、ax、Fj作用下弹簧的高度或长度分别用H1、H2、H3表示。相应的变形量分别用λmin、λmax、λj表示。显然有通常，取Fmin=（0.1～0.5）Fmax；取Fmax≤0.8Fj。圆柱螺旋弹簧计算3圆柱螺旋弹簧的设计计算三、强度计算圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的截面上主要受到横向剪力F和扭矩T=FD2/2。下面以压缩弹簧承受轴向载荷的情况进行分析。1.弹簧的受力分析有初扭应力的拉伸弹簧的初扭应力τc见图15－6。初拉力F0由下式计算详细介绍圆柱螺旋弹簧计算4圆柱螺旋弹簧的设计计算2.弹簧丝的应力分析详细介绍由于螺旋弹簧的簧丝是曲杆，受轴向载荷F作用时，将在簧丝内侧产生最大切应力。式中：

7、K—曲度系数；C—旋绕比，见表15－7。圆柱螺旋弹簧计算5圆柱螺旋弹簧的设计计算3.强度计算强度条件：设计式：详细介绍四、刚度计算圆截面簧丝螺旋弹簧在轴向载荷F作用下，所产生的变形量为：最大工作载荷Fmax作用下的变形量λmax：压缩弹簧和无初应力的拉簧：圆柱螺旋弹簧计算6圆柱螺旋弹簧的设计计算有初应力的拉簧：弹簧的有效圈数n：压缩弹簧和无初应力的拉簧：有初应力的拉簧：弹簧的刚度c：四、稳定性计算