弹簧设计资料课件.ppt

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1、机械设计交通学院2021/8/23鲁东大学交通学院Page2第十五章弹簧设计重点内容一、常用弹簧的类型、特点、应用、材料及制造工艺二、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算一、弹簧的功能1.缓冲吸振车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧，通常具有较大的弹性变形，可以吸收较多的冲击能量。§15-1弹簧的功能、类型及特性曲线第十五章弹簧设计2021/8/23鲁东大学交通学院Page32.控制运动在变形范围内作用力变化不大。3.储存和释放能量钟表中的弹簧。既有较大的弹性，又有稳定的作用力。4.测量力或力矩弹簧秤中弹簧。具有稳定的载荷-变形性能。第十五章弹簧设计2021/8/23鲁东大学交通学院Page

2、4二、弹簧的分类弹簧圆柱形弹簧圆锥形弹簧按形状分按受载分拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧蝶形弹簧环形弹簧弯曲弹簧弹簧特性曲线：弹簧的载荷(F、T)-变形(、)曲线常用金属弹簧类型、特性曲线、特点和应用见表16-12021/8/23鲁东大学交通学院Page52021/8/23鲁东大学交通学院Page6第十五章弹簧设计2021/8/23鲁东大学交通学院Page7第十五章弹簧设计2021/8/23鲁东大学交通学院Page8第十五章弹簧设计§15-2弹簧的材料、许用应力和制造一、弹簧的材料和许用应力1.材料要求屈服极限疲劳极限冲击韧性良好的热处理2.常用材料碳素弹簧钢锰弹簧钢合金弹簧钢常用金属

3、弹簧材料的性能，见表16-2、16-3。2021/8/23鲁东大学交通学院Page10第十六章弹簧设计2021/8/23鲁东大学交通学院Page11第十六章弹簧设计3.选择原则功能及重要程度工作条件载荷的性质和大小加工工艺和热处理经济性二、圆柱螺旋拉压弹簧的制造和端部结构1.制造工艺过程(a)卷绕2021/8/23鲁东大学交通学院Page12冷卷：直径小于8~10mm，常温下卷成，只进行回火处理，以消除内应力。热卷：直径较粗，热卷温度一般在800～1000℃,然后进行淬火及回火处理。(b)两端面加工(压缩弹簧)或制作挂钩(拉伸弹簧)(c)热处理(d)工艺试验必要时，强压或喷丸202

4、1/8/23鲁东大学交通学院Page132021/8/23鲁东大学交通学院Page14第十五章弹簧设计2.端部结构2021/8/23鲁东大学交通学院Page15第十六章弹簧设计2021/8/23鲁东大学交通学院Page16第十五章弹簧设计最小工作载荷F1,最小变形1；最大工作载荷F2,变形2，极限工作载荷Flim,变形lim。F1=(0.3~0.5)F2F2由工作条件决定。一.特性曲线§15-3拉伸(压缩)弹簧的设计计算1.压缩特性曲线弹簧的工作行程：h=2-1Flim由极限工作应力lim求出。lim<[]材料的剪切屈服极限一般取F2≤0.8Flim2021/8/2

5、3鲁东大学交通学院Page172.拉伸弹簧的特性曲线(1)没有预应力:特性曲线通过坐标原点(卷绕时，在弹簧中没有产生的预应力)FminFminFmaxFmaxFFlimFlimminFminmaxlimFmaxFlimH0H1H2Hlim2021/8/23鲁东大学交通学院Page18FminFminFmaxFmaxFFlimFlimminFminmaxlimFmaxFlimH0H1H2HlimF0(2)有预应力:特性曲线没有通过坐标原点(卷绕时，在弹簧中产生的预应力)2021/8/23鲁东大学交通学院Page19弹簧中径D2，弹簧丝的直径d，轴线作用力为F。弹簧受轴

6、向载荷F时，作用在轴向截面A-A上的力有：轴向力F，扭矩T=F·D2/2。二、强度和刚度计算1.弹簧中的应力设计圆柱螺旋弹簧时，根据强度准则确定弹簧的直径D和簧丝直径d；根据刚度准则确定工作圈数n。FA-ATdB-BT’FD2/2BBF’FFF”AATαα截面受力：剪切应力扭切应力总应力FTτTD2/2弹簧轴线dTτFD2/2弹簧轴线dFD2/2d修正FTTC-旋绕比，或弹簧指数。2021/8/23鲁东大学交通学院Page21弹簧指数C是设计中的重要参数。C值太大，弹簧过软（刚度小），易颤动；C值太小，过硬，卷绕时簧丝弯曲强烈。C值范围为4~16，常用5~8，设计时可按簧丝直径

7、由表16-5选取。2021/8/23鲁东大学交通学院Page22若考虑螺旋升角和簧丝曲率对应力集中的影响:K为弹簧的曲度系数2.强度条件设计公式校核公式2021/8/23鲁东大学交通学院Page233.弹簧的刚度拉压时弹簧的轴向变形为弹簧的刚度k为弹簧的工作圈数n为G为弹簧材料的剪切模量2021/8/23鲁东大学交通学院Page24三、结构尺寸计算表16-6圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：簧丝直径d、外径D、内径D1、中径D2、节距p、螺旋升角α、自由高度（压缩弹簧）