弹簧工艺(上)课件.ppt

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1、第15章弹簧15.1弹簧的功能15.2弹簧的类型、特点和应用15.3弹簧的材料和制造15.4圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的几何参数和特性曲线15.5圆柱螺旋弹簧的设计计算习题15.1弹簧的功能弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的结构特点，它具有多次重复地随外载荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。其主要功能有：(1)减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。(2)测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。(3)储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表

2、和自动控制机构上的原动弹簧等。(4)控制运动，如控制弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，控制内燃机气缸阀门开启的弹簧等。15.2弹簧的类型、特点和应用弹簧的分类方法很多，按照所承受的载荷不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；按照形状的不同，弹簧可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘形弹簧和板弹簧等；按照使用材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧。各种弹簧的特点、应用见表15-1。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。故本章主要讲述这类弹簧的结构形式、设计理论和计算方法。15.3弹簧的材料和制造15.3弹簧

3、的材料和制造1.弹簧的材料弹簧常在变载荷和冲击载荷作用下工作，而且要求在受极大应力的情况下，不产生塑性变形，因此要求弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限，不易松弛。同时要求有较高的冲击韧性，良好的热处理性能等。常见的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢和铜合金。几种主要弹簧材料的使用性能和许用应力见表15-2。表15-1弹簧的基本类型、特点和应用表15-1弹簧的基本类型、特点和应用表15-2螺旋弹簧的常用材料和许用应力表15-3GB4357-89碳素弹簧钢丝抗拉强度2.弹簧的制造螺旋弹簧的制造工艺包括卷绕、两端面加工(压缩弹簧

4、)或制作挂钩(拉伸弹簧和扭转弹簧)、热处理工艺实验，必要时还需进行强压处理或喷丸处理。卷制是把合乎技术条件规定的弹簧丝卷绕在芯棒上。大量生产时，是在万能自动卷簧机上卷制；单件小批生产时，则在普通车床上或在手动卷绕机上卷制。弹簧的卷绕方法有冷卷和热卷两种。弹簧丝直径小于8～10mm时用冷卷法，反之，则用热卷法。冷卷法是用已经过热处理的冷拉碳素弹簧钢丝在常温下卷绕，卷成后一般不再经淬火处理，只经低温回火以消除内应力。热卷需先加热(通常为800℃～1000℃，按弹簧丝直径大小选定)，卷成后再经淬火和回火处理。为了提高弹簧的承载能力，在弹簧制成后

5、，可再进行强压处理或喷丸处理等强化措施。强压处理是使弹簧在超过极限载荷下受载6～48小时；喷丸处理是用一定的速度向弹簧喷射钢丸或铸铁丸。这两种强化处理都是使弹簧的表层产生塑性变形，保留有利的残余应力。由于残余应力的方向恰与工作应力相反，故在弹簧受载时可抵消部分工作应力。经强化处理的弹簧，不宜在较高温度(150℃～450℃)和长期振动及有腐蚀介质的场合工作。此外，弹簧还须进行工艺试验和根据弹簧技术条件的规定进行精度、冲击、疲劳等试验，以检验弹簧是否符合技术要求。需特别指出的是，弹簧的持久强度和抗冲击强度，在很大程度上取决于弹簧丝的表面状况。所以

6、弹簧丝表面必须光洁，没有裂纹和伤痕等缺陷。表面脱碳会严重影响材料的持久强度和抗冲击强度，因此脱碳层深度和其他表面缺陷应在验收弹簧的技术条件中详细规定。重要用途的弹簧还需进行表面保护处理（如镀锌），普通的弹簧一般涂油或漆。15.4圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的几何参数和特性曲线15.4.1圆柱螺旋弹簧的结构圆柱螺旋弹簧的端部结构形式很多，压缩弹簧的两端各有圈与邻圈并紧，只起支撑作用，不参与变形，故称支撑圈（或死圈）。支撑圈端面与弹簧座接触，常见的端部结构有并紧磨平的YⅠ型和并紧不磨平的YⅡ型两种，如图15-1所示。在重要场合应采用YⅠ型以保证两支

7、承端面与弹簧的轴线垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。两端磨平部分的长度不少于3/4圈，弹簧丝末端厚度一般为d／4。图15-1圆柱螺旋压缩弹簧的端面圈拉伸弹簧的端部制出挂钩，以便安装和加载。常用的端部结构形式如图15-2所示。其中，LⅠ型和LⅡ型制造方便，应用广泛，但因在挂钩过渡处产生很大的弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径d≤10mm的弹簧，LⅦ型和LⅧ型挂钩受力情况较好，且可转向任何位置，便于安装。对受力较大的重要弹簧，最好采用LⅦ型挂钩，但其制造成本较高。图15-2圆柱螺旋压缩弹簧的端部结构15.4.2基本参数和几何尺寸图15-3圆柱螺旋弹簧的

8、几何参数表15-4圆柱螺旋弹簧的结构尺寸计算公式15.4.3圆柱螺旋弹簧的特性曲线弹簧在弹性范围内变形，其变形量随载荷的变化而变化。表示弹簧工作过程中所受载荷与变