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第16章 弹簧 第16章 弹 簧 §16.1概述 §16.2 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 §16.1 概述 §16.2圆柱螺旋压缩弹簧 的设计计算 弹簧 一、弹簧的功用 ◆ 缓冲和吸振 ◆ 测量力和力矩 ◆ 控制机构的运动 ◆ 贮存和输出能量 车辆的缓冲弹簧 弹簧秤 二、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，常见的弹簧如下： 拉伸弹簧 圆截面压 缩弹簧 变节距压 缩弹簧 圆锥螺旋弹簧 碟形弹簧 涡卷弹簧 环形弹簧 扭转弹簧 涡卷弹簧 板簧 §16.1概述 拉伸弹簧 圆截面压缩弹簧 这两种弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最为广泛 §16.1概述 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 碟形弹簧 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 §16.1概述 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 §16.1概述 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 §16.1概述 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 §16.1概述 弹簧的材料 为了使弹簧能可靠地工作，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。常用的弹簧材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、弹簧用不锈钢和有色金属合金等 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。 螺旋弹簧的制造工艺包括： 弹簧的制造 三、弹簧的材料和制造 §16.1概述 一、圆柱螺旋弹簧的结构形式 在重要的场合下，应采用两端圈并紧并磨平的YⅠ型端部结构，以保证弹簧轴线与支承面垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。YⅢ型则主要用于弹簧直径较大的次要场合 1、圆柱形压缩螺旋弹簧端部的结构形式 §16.2 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 2、圆柱形拉伸弹簧端部的结构形式 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，LⅠ、LⅡ型的钩环由弹簧直接弯曲而成，这种弹簧主要用于弹簧丝直径d≤10mm的不重要场合；LⅦ型与LⅧ型的挂钩不与弹簧丝联成一体，挂钩可任意转动。在受力较大的场合，最好采用LⅦ型钩环，但其价格较贵。 1.圆柱螺旋弹簧的几何尺寸 中径 D 外径D2 内径D1 节距p 螺旋升角α 弹簧丝直径d 圈数n 旋绕比C 主要参数： 弹簧刚度和旋绕比是弹簧的两个重要参数。在弹簧丝直径d和其他条件相同的情况下，旋绕比C越小，弹簧刚度k越大，弹簧越硬，弹簧的卷制越困难；相反旋绕比C取得过小，则弹簧刚度过小，工作时容易颤动 §16.2 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 二、圆柱螺旋压缩弹簧的参数尺寸及特性曲线 二、圆柱螺旋弹簧的几何尺寸 C值的常用范围C=5～10。设计时可根据弹簧丝的直径选取，如表下所示。 4～6 4～8 4～9 5～10 5～12 7～14 C＝D/d ≥16 7.0～16 2.5～6.0 1.2～2.0 0.5～1.0 0.2～0.4 d/mm 弹簧的工作圈数n等于总圈数n1减去支撑圈数nz。为使弹簧具有稳定的工作性能，应使弹簧的有效圈数大于等于2，支撑圈的圈数一般为1.5、2、2.5。为使弹簧工作平稳，总圈数最好为0.5的倍数 §16.2 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 几何尺寸计算 ～ 钩环长度 L= ΠD2n1/cosα 弹簧展开长度L 两端并紧磨平(YⅡ型) H0=nt+(n1-n-0.5)d 两端并紧磨平(YⅠ型) H0=nt+(n1-n-0.5)d 弹簧自由高度H0 n1=n n1=n+(1.5～2.5) 弹簧总圈数n1 由刚度计算决定 工作圈数n α =arctan t/ΠD2（对压缩弹簧α ＝5°～9 ° ） 螺旋升角α t=d t=δ+d+λmax/n=D2/3~D2/2 节距t δ=0 δ=t—d 间距δ D＝D2—d 弹簧内径D1 D2＝Cd 弹簧中径D2 D＝D2＋d 弹簧外径D 由强度设计计算确定 簧丝直径 d 拉伸弹簧 压缩弹簧 几何尺寸 §16.2 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 右图为圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及其特性线 §16.2 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 表示载荷与相应变形之间关系的曲线称为弹簧的特性曲线 下图为圆柱形等节距拉伸螺旋弹簧及其特性线 λ 1与λ2之差称为弹簧的工作行程 Flim为弹簧的极限工作载荷，在它的作用下弹簧丝内的应力达到了弹簧材料的屈服极限。 弹簧的最小工作载荷通常取为 最大工作载荷通常取 在弹性极限范围内，等节距的圆柱螺旋弹簧的特性曲线为一直线，则有 k为弹簧的刚