机械设计基础电子教案教学全套课件(张建中)弹簧.ppt

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1、§18.1概述§18.2圆柱螺旋弹簧设计第18章弹簧18.1概述弹簧的功用18.1.1弹簧的功用和类型(1)缓冲和减振。如汽车、火车车箱下的减振弹簧，各种缓冲器的缓冲弹簧等；(2)控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹簧，离合器中的控制弹簧等；(3)储存及输出能量。如钟表弹簧、枪闩弹簧等；(4)测量力的大小。如弹簧秤，测力器中的弹簧等。弹簧的类型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照弹簧的形状分：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

2、弹簧。螺旋弹簧碟形弹簧板簧盘簧异型弹簧环形弹簧18.1概述18.1概述18.1.2弹簧的材料和制造常用弹簧材料的机械性能及用途表2.弹簧的制造螺旋弹簧的制造工艺过程包括：卷制、挂钩的制作或端面圈的精加工、热处理和工艺性能试验。1.弹簧的材料和许用应力弹簧在工作中常受交变和冲击载荷，又要求有较大的变形，所以弹簧材料应具有高的抗拉强度、弹性极限和疲劳强度。在工艺上要有一定的淬透性、不易脱碳，表面质量好。18.1概述直径大于时，采用热卷(热卷温度800℃～1000℃)法，热卷后经淬火和中温回火处理，弹簧成

3、形后要进行表面质量检验，表面应光洁、无伤痕、无脱碳等缺陷；受变载荷的弹簧，还须经喷丸等表面处理，以提高弹簧疲劳寿命。大量生产时，是在万能自动卷簧机上卷制；单件及小批生产时，则在普通车床或手工制作。弹簧丝直径小于或等于时，常用冷卷法，卷前要热处理，卷后要低温回火。18.1概述压缩弹簧除参加变形的有效圈数外，为了使压缩弹簧工作时受力均匀，保证弹簧中心线垂直于端面，弹簧两端各有3/4～7/4圈并紧起支承作用，工作时不参与变形，故称为死圈或支承圈。支承圈端面与弹簧座接触，最常见的端部结构有并紧磨平的Ⅰ型、并

4、紧不磨平的Ⅲ型两种，如图所示。18.2.1弹簧的端部结构18.2圆柱螺旋弹簧设计在重要场合应采用YⅠ型，以保证两支承端面与弹簧的轴线垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。端部磨平部分的长度不少于3/4圈，簧丝末端厚度一般为/4(为钢丝直径)。拉伸弹簧的端部制有挂钩，以便安装和加载。可调式（LⅦ型）和可转式（LⅧ型）挂钩受力情况较好，且可转向任何位置以便于安装。常用的端部结构有四种型式（如图所示）；半圆钩环（LⅠ型）、圆钩环（LⅡ型）制造方便，应用广泛，但因挂钩过渡处产生很大弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径的

5、弹簧。半圆钩型圆钩型可调式可转式18.2圆柱螺旋弹簧设计弹簧在弹性范围内工作时，其变形量随载荷的变化而改变，表示弹簧工作过程中所受载荷与变形量之间关系的曲线，称为弹簧的特性曲线。特性曲线给设计弹簧时的力分析提供了方便，同时也是弹簧质量检验或实验的重要依据。18.2.2弹簧的特性曲线、应力及变形在弹性范围内工作的等节距圆柱螺旋弹簧，其载荷与变形成正比，故特性曲线为一条直线。1.弹簧的特性曲线18.2圆柱螺旋弹簧设计图中H0——未受载荷时弹簧的自由长度；——最小载荷，即弹簧在安装时所预加的压力（安装负荷

6、），目的是使弹簧紧贴在弹簧座上，这时的变形量为，弹簧长度为；——最大工作载荷，这时的变形量为，弹簧的长度为；——极限载荷，这时的变形量为，弹簧的长度为；——弹簧的工作行程，18.2圆柱螺旋弹簧设计弹簧受最大工作载荷时，弹簧丝内的应力不得超过弹簧材料的许用应力[]。承受极限载荷时，应力不得超过剪切弹性极限，以免出现塑性变形，故对有一定限制：Ⅰ类弹簧=1.25；Ⅱ类弹簧=1.2；Ⅲ类弹簧=。最小载荷一般取（0.1～0.5）。由于圆柱螺旋拉伸弹簧与压缩弹簧都承受轴向载荷，参与变形部分的结构、尺寸相同，所以

7、它们的应力、变形计算公式相同，特性曲线也相似。18.2圆柱螺旋弹簧设计右图为圆柱形螺旋压缩弹簧，2.弹簧的应力承受轴向工作载荷由截面法分析，得知弹簧丝截面受剪力及扭矩，扭矩引起的剪应力为18.2圆柱螺旋弹簧设计若考虑剪力引起剪应力的影响和弹簧丝呈螺旋状曲率影响，最大剪应力发生在弹簧内侧图，其数值与强度条件应为式中——旋绕比，，可按下页表选用；——弹簧曲度系数，,也可直接从下页表查出，由表知，越大，对的影响越小；F——弹簧的工作载荷，N；D——弹簧中径，mm；d——材料直径，mm。18.2圆柱螺旋弹簧

8、设计在上式中，以弹簧的最大工作载荷代替，便可得到按强度条件计算弹簧钢丝直径的公式拉伸弹簧强度计算方法与压缩弹簧相同。18.2圆柱螺旋弹簧设计式中G——弹簧材料的剪切弹性模量，3.弹簧的变形由材料力学可知，弹簧受轴向载荷后产生的变形量为设计时按最大工作载荷和相应的变形量，利用上式可求出弹簧所需的有效圈数为了制造方便，当n＜20圈，n为0.5的倍数；当n＞20圈,应取n为整数。最少有效圈数为2圈，一般不少于3圈。18.2圆柱螺旋弹簧设计当两端固定时：对于压缩簧，如果圈数较