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。