机械设计基础 教学课件 作者 王亚辉 主编 第十八章弹簧.docVIP

授课题目： 第十八章 弹簧 第一节 概述 第二节 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 授课方式 （请打√） 理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□ 课时 安排 2 教学大纲要求： 了解弹簧的类型和应用和圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造 掌握圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解弹簧的类型和应用和圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造；掌握圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 教学重点及难点：重点掌握圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 作业、讨论题、思考题：18-1～18-4 课后总结分析： 弹簧的类型和应用 圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造 掌握圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 教 学内 容 备注 第十八章 弹簧 第一节 概述 1．弹簧的功用 1）缓冲和吸振， 2）控制机构的运动3）贮存和输出能量， 4）测量力和力矩 2．弹簧的类型 按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等，而按照弹簧的形状不同，又可分为螺旋弹簧、板簧和盘簧等。 载荷 简图 说明 拉 伸 拉 伸 弹 簧 此弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最为广泛。 压 缩 圆 截 面 压 缩 弹 簧 此弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最为广泛。 变 节 距 压 缩 弹 簧 此种弹簧所受的载荷增大到一定程度后，随着载荷的增加，其弹簧圈会由小节距依次逐渐并紧。这种弹簧具有较好的减振和防振作用。常用于高速、变载荷的机构。 圆 锥 螺 旋 弹 簧 此种弹簧防振能力比变节距压缩弹簧强，结构紧凑，稳定性好。多用于需承受较大轴向载荷以及需减振的场合。 碟 形 弹 簧 缓冲及减振能力较强，制造及维护方便。主要用于重型机械的缓冲和减振装置。 截 锥 涡 卷 弹 簧 比圆锥螺旋弹簧吸收的能量大，但制造困难，只在空间受限制时，用以代替圆锥螺旋弹簧。 环 形 弹 簧 可承受较大的压力，缓冲能力很强，常用于重型设备的缓冲装置。 扭 转 扭 转 弹 簧 结构简单，主要用于各种机械装置中的压紧和储能。 平 面 涡 卷 弹 簧 此种弹簧能储存较大的能量，常用于钟表及仪表中的动力装置 弯 曲 板 簧 此种弹簧变形大、吸振能力强，主要用于各种车辆的缓冲和减振装置 3.弹簧的材料材料和制造 弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，同时应具有足够的韧性和塑性，以及良好的热处理性。几种主要弹簧钢丝的抗拉强度σb值见表18—2，弹簧材料的许用应力见表18—3。螺旋弹簧的制造工艺包括卷制、挂钩的制作或端面圈的精加工、热处理、工艺试验及强压处理。 第二节 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算形式 1.圆柱螺旋弹簧的结构形式：YⅠ型、YⅢ型和YⅡ型三种 YⅠ型 YⅡ型 (c) YⅢ型 圆柱螺旋拉伸弹簧在自由状态下各圈相互并拢，即间距等于零。为了便于安装和加载，在其端部制有钩环 (a) (b) (c) (d) 图18—1 圆柱螺旋拉伸弹簧的端部结构形式 (a) LⅠ型（半圆钩环） (b) LⅡ型（圆钩环） (c) LⅦ型（可调式拉簧） (d) LⅧ型（两端具有可转钩环） 2.圆柱螺旋压缩弹簧的参数尺寸及特性曲线 1）圆柱螺旋弹簧的主要参数 圆柱螺旋弹簧的主要参数有：簧丝直径d、弹簧中径D2、节距t、螺旋升角α、工作圈数n、弹簧刚度k及旋绕比C等。 弹簧刚度和旋绕比是弹簧的两个重要参数。 3)圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 a．弹簧丝直径的计算 圆柱形螺旋压缩弹簧，承受轴向工作载荷F。由截面法分析可知弹簧丝截面受到剪力 及扭矩，扭矩引起的剪切应力为 若考虑到剪力引起的剪切应力和弹簧丝呈螺旋状曲率的影响，最大剪应力发生在弹簧内侧，其数值与强度条件应为 ≤ 式中：K 弹簧曲度系数，，K也可以直接从表 中查出，C越大，K对的影响越小。 d≥ 按上式求弹簧丝直径时，因旋绕比C和许用应力[τ]均和直径d有关，故需经试算后才能求得弹簧丝的直径d。 b．弹簧圈数及刚度的计算 弹簧圈数n的确定和弹簧的变形有直接的关系，圆柱弹簧受载后的轴向变形量 式中，n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。 弹簧的圈数和刚度分别为 当弹簧的有效圈数n＜15时，取n为0.5的倍数；当n＞15时，则取n为整圈数，为了保证弹簧具有稳定的性能，一般弹簧的有效圈数最少为2圈。C值大小对弹簧的刚度影响很大。若其他条件相同时，C值越小的弹簧，刚度也越大，弹簧也越硬；反之则越软。不过，C值越小的弹簧卷制越困难，且在工作时会引起较大的切应力。此外，弹簧刚度还和G、d、n有关，在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。 c．稳定性 对于