机械设计课程第1讲描述ppt课件.ppt

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1、1第十四章弹簧基本要求1）了解弹簧的功用、分类、材料、许用应力的确定2）掌握圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的主要几何参数、特性线、强度计算与刚度计算的目的和计算公式；重点和难点圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算。2弹簧的主要功用1、缓冲、吸振和隔震，车辆、沙发等14.1概述汽车减振板弹簧汽车减振螺旋弹簧自行车座弹簧3弹簧的主要功用2、控制机构的运动,如阀内弹簧、离合器中的控制弹簧、气门复位弹簧、圆珠笔等14.1概述4弹簧的主要功用3、储存和释放能量，如枪栓弹簧、钟表弹簧14.1概述5弹簧的主要功用4、测量

2、和控制力的大小，如各类预紧弹簧、弹簧秤、压力继电器弹簧14.1概述6弹簧的主要类型按所受载荷分拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧弯曲弹簧7按弹簧形状分螺旋弹簧环型弹簧盘簧板弹簧碟型弹簧弹簧的主要类型891014.2.1螺旋弹簧的制造14.2弹簧的材料、许用应力及制造1114.2.1螺旋弹簧的制造螺旋弹簧的制造过程（1）卷绕（2）钩环的制作或两端的加工(重要压缩弹簧磨平)（3）热处理（淬火+回火）（4）工艺试验及必要的强压或喷丸等强化处理。需要注意的是：1）卷绕方法－冷卷和热卷当d<8mm用冷卷，然后低温回火处理；

3、当d>＝8mm用热卷，热卷温度按d大小，在800oC～1000oC之间选择，然后先淬火后回火处理。2）强化处理是最后处理。不允许再进行其他处理，也不允许在150oC～450oC和长期振动条件下工作，包括强拉强压和喷丸等。12拉伸弹簧的端部结构压缩弹簧的端部结构弹簧端部结构制作1314.2.2弹簧的材料弹簧材料要求1）较高的弹性极限、强度极限、疲劳极限和冲击韧性2）良好的热处理性能，热处理后经久不变的弹性，且脱碳性要小3）对冷拔材料要求有均匀的硬度和良好的塑性弹簧材料常用弹簧材料：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、

4、不锈钢等；受力小、防腐蚀、防磁等：有色金属，如青铜；非金属弹簧材料：橡胶、塑料、软木及空气等。1414.2.3许用（剪切和弯曲）应力与材料、载荷变化特性及弹簧的重要程度有关：1、Ⅰ类载荷—变载荷，交变次数>106次，多数疲劳破坏；2、Ⅱ类载荷--静载重要弹簧、有冲击的弹簧或交变次数103～106次的弹簧，疲劳或静载破坏；3、Ⅲ类载荷--静载弹簧或交变次数103次以内的一般弹簧，静载破坏。注意表14.3（P287），与簧丝直径有关1516此表中：B、C、D级是指弹簧丝材料的机械强度组别B——低应力弹簧C—

5、—中应力弹簧D——高应力弹簧初取C估取簧丝直径d根据空间初取D强度计算得d’结构设计171814.3圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算设计计算内容有：1）确定结构形式和特性线2）选择材料和确定许用应力3）由强度条件确定弹簧丝的直径和弹簧中径4）由刚度条件确定弹簧的工作圈数5）确定弹簧的基本参数、尺寸等1914.3.1几何尺寸和参数中径D、外径D2、内径D1节距p螺旋升角α(5～9o)弹簧丝直径d弹簧指数/旋绕比C:通常C=5～8工作圈数：n2014.3.2特性线压缩弹簧的工作过程b：渐增型a：直线型c

6、：渐减型弹簧的载荷与变形的关系曲线：特性线21圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及其特性线λ1与λ2之差称为弹簧的工作行程h最小工作载荷：最大工作载荷压缩弹簧余隙——弹簧的最小工作载荷或者预紧载荷——弹簧的最小变形量或者预紧变形量——弹簧的最大工作载荷——弹簧的最大工作变形量——弹簧的极限工作载荷（材料屈服）——弹簧的极限变形量——弹簧各圈并紧时的全变形量压缩弹簧初始间隙22圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及其特性线紧I类弹簧—II类弹簧—III类弹簧—23圆柱型等节距拉伸螺旋弹簧及其特性线拉伸弹簧的中预应力的产生类似于

7、拧绳。2414.3.3弹簧的受力和应力在通过弹簧轴线的平面A-A内,弹簧丝的剖面呈椭圆形,而在垂直于弹簧的平面B-B内则为圆形,两剖面间夹角为弹簧的螺旋升角而在B-B剖面上则作用有转矩当弹簧受载荷F作用时,在A-A剖面上将作用有扭转力矩和剪切力。弯矩切向力及法向力该剖面上的应力可近似的取为25转矩T引起的切应力切向力引起的切应力根据力的迭加原理可知，在弹簧丝内侧a点的合成应力最大a点的最大合成切应力为为了简化计算，弹簧丝的曲率忽略，将其近似看做直梁，故26关于旋绕比（也称弹簧常数）C旋绕比C是弹簧设计中

8、的一个重要参数。当簧丝直径d一定时，C值越小，曲率越大，内外侧应力差越大。因此，C值不宜取太小，通常取C＝4～16。推荐的不同簧丝直径的旋绕比如表所示。因为C值较大，所以27考虑弹簧升角和曲率以及的影响引入一个修正系数K,则弹簧丝剖面上实际应力的分布将如图(d),其强度条件式中K称为曲度系数当按强度条件计算弹簧丝直径d时,应以最大工作载荷代替式中的,则得mm28[τ]－弹簧材料的许用切应力，查表14.2弹簧丝直径d的设计特点（1）计算的簧丝