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时间:2020-09-13
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1、第12章弹性元件弹簧的应用弹簧的应用12.1概述12.1.1基本概念和功用弹性:材料在外力作用下产生变形,外力去除后能恢复原状的性能,称为材料的弹性。弹性元件:利用材料弹性性能和结构特点完成各种功能的零部件称为弹性元件概念主要功用1)测力例如弹簧秤中的弹簧、测力矩扳手的弹簧等。2)产生振动例如振动筛、振动传输机中的支承弹簧等。3)储存能量例如钟表弹簧(发条)、枪栓弹簧等。4)缓冲和吸振例如各种车辆的减振弹簧和各种缓冲器中的弹簧。5)控制机械运动例如内燃机气缸的阀门弹簧和离合器中的控制弹簧。6)改变机械的自振频率例如用于电机和
2、压缩机的弹性支座。7)消除空回和配合间隙例如各种微动装置中用以消除空回的压缩弹簧。12.1.1基本概念和功用常见类型(1)按结构特点分类1)片簧:金属薄片制成的片状弹性元件2)平卷簧:带材绕制成的平面螺线形弹性元件3)螺旋弹簧:金属材料制成的空间螺旋形弹性元件4)弹簧管:薄壁管制成的圆弧形中空管状弹性元件5)波纹管:圆柱形薄壁筒制成得带有环状波纹的弹性元件6)膜片:圆形薄片制成的弹性元件12.1.2常用弹性元件的分类和特点(2)按照用途分类1)测量弹性元件:用来把某些物理量(如力、压力、温度等)转变成弹性元件的变形,以便进行
3、测量。例如,测量气体、液体压力的膜盒(由两片对扣在一起的膜片组成)。2)力弹性元件:用来作为传动系统的能源或者完成结构的力封闭(3)根据所承受的载荷分类拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧弯曲弹簧(4)根据使用的弹性材料金属弹簧(圆柱螺旋弹簧)非金属弹簧(橡胶弹簧、空气弹簧)12.1.2常用弹性元件的分类和特点弹簧材料要求较高的弹性极限和疲劳极限;足够的韧性和良好的热处理性能。12.1.3常用弹性元件材料及其特点碳素弹簧钢合金弹簧钢有色金属合金1、金属材料材料橡胶塑料石英陶瓷空气2、非金属材料常用材料的性能见表12-l12.1.4弹性元
4、件的许用应力根据变载荷的作用次数以及弹簧的重要程度将弹簧分为三类:(1)I类——受变载荷作用的次数在106。次以上或很重要的弹性元件如内燃机气门弹簧、电磁制动器弹簧等。(2)II类——受变载荷作用的次数在103~105次以上及受冲击载荷的弹性元件,如调速器弹簧、一般车辆弹簧等。(3)III类——受变载荷作用次数在105次以下,即基本受静载荷的弹性元件,如一般安全弹簧、摩擦式安全离合器弹簧等。弹性元件的许用应力不仅与材料的种类有关,也与材料的质量、热处理方法、载荷性质、弹簧钢丝的尺寸有关。碳素弹簧钢(65、70钢)12.1.4
5、弹性元件的许用应力作用在弹性元件上的力、压力或温度等工作载荷与变形量之间的关系,称为弹性元件的特性。基本特性解析式:=f(F)(p,t)12.2弹性元件的基本特性12.2.1弹性元件的基本特性特性曲线:直线型、曲线型弹性元件的特性曲线与理想直线之间的最大偏差和弹性元件的最大变形之间的百分比为弹性元件的最大非线性误差,定义为弹性元件的非线性度。如果弹性元件的变形和载荷之间线性关系,则弹性元件的非线性度为零。12.2.1弹性元件的基本特性并联系统刚度:使弹簧产生单位变形量的载荷弹性元件具有线性特性时,其刚度为常数,即串连系统刚
6、度等于每个元件刚度之和刚度的倒数为柔度,则串联弹性元件组成系统的柔度等于每个元件的柔度之和12.2.2影响弹性元件特性的因素由特性解析式得,如圆柱螺旋弹簧的特性式:1、几何尺寸参数的影响螺旋弹簧的特性与其几何尺寸和参数(D、d、n)有关可以采用调整的方法予以消除。如调节弹簧的工作圈数n12.2.2影响弹性元件特性的因素2、温度的影响弹性元件的特性还与材料的切变模量有关采用温度系数值极小的材料,或采用补偿的方法,用具有正温度系数的弹性材料减小影响3、弹性滞后和弹性后效的影响弹性滞后弹性后效原因比较复杂,可通过选取较大的安全系数
7、、合理选定结构和元件的连接方法(减小应力集中)、采用特殊合金等以减小弹性滞后和弹性后效。12.3螺旋弹簧12.3.1螺旋弹簧的功能和特点螺旋弹簧是用金属线材绕制成空间螺旋线形状的弹性元件。用来将沿轴线方向的力或垂直于轴线平面内的力矩转换为弹簧两端的相对位移(沿轴线方向的轴向位移或垂直于轴线的平面上的角位移);或者将两端的相对位移转换为作用力或力矩。螺旋弹簧簧丝的截面通常是圆形或矩形,也有方形和菱形的。圆柱形螺旋弹簧的型式(依载荷作用方式)(1)拉伸弹簧-L型:承受沿轴向的拉力作用(2)压缩弹簧-Y型:承受沿轴向的压力作用(3
8、)扭转弹簧-N型:承受绕轴线的扭转力矩的作用12.3.1螺旋弹簧的功能和特点12.3.2螺旋弹簧的制造工艺制造过程包括:卷绕、两端面加工或钩环制作、热处理和工艺性试验等簧丝直径小于10mm时,常用冷卷法。并经低温回火消除内应力。弹簧热卷后须经淬火和回火处理。重要的压缩弹簧,为保证两端支承面
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