精密机械设计基础-第十三章 弹性元件ppt课件.ppt

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1、第十三章弹性元件第一节   概述1、常见弹性元件的类型:(1)片簧(图13-1a)(2)平面涡簧(图13-1b)(3)螺旋弹簧(图13-1c)(4)压力弹簧管(图13-1d)(5)波纹管(图13-1e)(6)膜片(图13-1f)2、从用途上分类:(1)测量弹性元件(2)力弹簧第二节 弹性元件的基本特性一、弹性元件的基本特性(一)弹性元件的特性:作用在弹性元件上的力、压力或温度等与变形的关系1、解析式表示式中——弹性元件的变形F——作用在弹性元件上的力;p——作用在弹性元件上压力;t——作用在弹性元件上的温度2、线图表示(图13-2)3、弹性元件特性的

2、非线性度:图13-2b、c4、刚度当弹性元件具有线性特性刚度也可用图解法求得(图13-2a)4、柔度5、线性弹性元件并联(图13-3a)每个弹性元件承受的载荷得刚度等于每个弹性元件刚度之和6、线性特性弹性元件串联:(图13-3)串联弹性元件组成系统的刚度为或串联弹性元件组成的系统,其柔度应等于每个弹性元件的柔度之和二、影响弹性元件特性的因素对于圆柱螺旋弹簧,其特性式为式中、——弹簧所受的载荷和变形量、、——弹簧中径、簧丝直径和有效工作圈数G——材料切变模量(一)几何尺寸参数的影响式中——弹簧中径的相对误差——弹簧工作圈数的相对误差——簧丝直径的相对误

3、差由几何尺寸参数的误差而引起的特性误差,可调整消除(二)温度的影响切变模量的变化可近似用下式确定:式中——温度为t时材料的切变模量——标准温度时材料的切变模量——切变模量的温度系数;——温度差;温度变化引起切变模量的相对变化为:温度变化引起特性的相对误差:类似温度变化引起其特性的相对误差:(三)弹性滞后和弹性后效的影响:1、弹性滞后:(图13-4)在弹性范围内,加载与去载时特性曲线不相重合的现象2、弹性后效:(图13-5)载荷改变后,不是立刻完成相应的变形,而是在一定时间间隔中逐渐完成的3、产生滞后和后效的原因:与弹性元件内的最大应力,所用材料的金相

4、组织与化学成分,以及弹性元件的加工与热处理过程等有关4、减小弹性滞后和弹性后效措施:选较大的安全系数、合理地选定结构和元件的联接方法(以减小应力集中)、采用特殊合金等第三节   螺旋弹簧一、螺旋弹簧的功能和种类1、圆柱形螺旋弹簧的型式:l)拉伸弹簧(图13-6a)2)压缩弹簧(图13-6b)3)扭转弹簧(图13-6C)二、弹簧材料1、材料要求:高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性和良好的热处理性能2、弹簧材料的使用性能见表13-1碳素弹簧钢丝的拉伸强度极限见图13-7三、圆柱螺旋压缩弹簧(一)特性线:为了清楚地表示弹簧在工作中,其作用载荷与变形之间的关系

5、绘制的曲线最小载荷,通常:最大载荷极限载荷(应力达屈服极限)(二)强度计算(图13-9)式中:为弹簧的螺旋升角在轴向压力作用下,压缩弹簧的最大切应力:式中:是直杆受纯转矩时的切应力 可理解为弹簧丝曲率和切向力对切应力的修正系数,称为曲度系数在求圆弹簧丝直径d时,应以代并以得:式中:——许用切应力,可根据弹簧的材料和工作特点按表13-1规定选取(三)刚度计算(图13-9b)1、当压缩弹簧承受轴向压力时弹簧特性为:式中: 、——弹簧所承受力和变形量、、——弹簧中径、簧丝直径和有效工作圈数——材料的切变模量2、利用上式,可以求出所需的弹簧有效圈数:如果n<

6、15.则取为0.5圈的倍数如果n>15,则取为整圈数弹簧的有效圈数最少为2圈(四)稳定性计算1、弹簧发生侧向弯曲(图13-10)2、压缩弹簧的稳定性与弹簧两端的支承情况(图13-11)3、稳定性计算:使弹簧最大工作载荷小于或等于保持弹簧稳定的临界载荷式中:——不稳定系数,可由图13-11查取——弹簧刚度——弹簧自由高度(图13-12)4、保证稳定性的常见结构(五)结构尺寸的计算1、常见并紧死圈的端部形式(图13-13)2、压缩弹簧的结构尺寸计算四、圆柱螺旋拉伸弹簧1、图13-14a所示为一圆柱拉伸弹簧式中——拉伸弹簧的初切应力,可由图13-15两曲线

7、间的范围内查出2、拉伸弹簧的弹簧圈数挂钩形式见图13-16拉伸弹簧的结构尺寸见表13-3五、圆柱螺旋扭转弹簧1、扭转弹簧的特性线2、最大弯矩应力:式中——弯曲时的截面系数,圆弹簧丝——扭转弹簧的曲度系数,圆弹簧丝——许用弯曲应力,取3、扭转弹簧受转距T作用后的扭转变形为式中——弹簧丝截面的轴惯性矩,圆弹簧丝所需要的弹簧圈数:例题13-1设计一个有初应力圆柱形螺旋拉伸弹簧。数据如下:当弹簧变形量为6.5mm时,拉力;变形量为17mm时,拉力;并限制其最大外径在16mm以下,自由高度在100mm以下。一般用途并不经常工作。解:按题意属第III类弹簧,选用

8、II组碳素弹簧钢丝。按照材料规格,假设、2.5、2.8、3mm四种计算方案,为对方案作比较,采用列表法进行。

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