第16章 弹簧课件.ppt

第16章 弹簧 ● 第二节 弹簧的材料及制造 ● 第三节 圆柱螺旋弹簧 ● 第一节 概述 一、弹簧的功用 弹簧是常用的弹性元件，承载后能产生相当大的变形，而卸载后又能恢复原状。弹簧由于这种特有的性能，实现了机械能与变形能的相互转换，在各种机器和仪表仪器中得到了广泛的应用。 第一节 概述 弹簧在不同的使用场合所起的作用亦各不相同。其功用归纳起来有： 1）缓和冲击和吸收振动 2）储存及输出能量 3）测量载荷 4）控制运动 二、弹簧的类型 根据制造材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧；根据其形状的不同可分为螺旋弹簧、蝶形弹簧、环形弹簧、板弹簧、蜗卷弹簧等；根据其承载性质，有可分为拉伸弹簧、压缩弹簧和弯曲弹簧。 表16－1 弹簧的基本类型 圆柱形拉伸弹簧 圆截面圆柱形压缩弹簧 矩形截面圆柱形压缩弹簧 图16-1 螺 旋 弹 簧 圆锥形压缩弹簧 扭转弹簧 图16-1 螺旋弹簧 环形弹簧 板弹簧 图16-2 非螺旋弹簧 平面涡卷弹簧 碟形弹簧 1.金属弹簧的分类 （1）承受扭转切应力的弹簧 1）圆柱形螺旋弹簧。图16-3所示为圆柱形压缩螺旋弹簧和圆柱形拉伸螺旋弹簧。这种弹簧结构简单、制造方便，应用最为广泛。 （a） （b） 图16-3 圆柱形螺旋弹簧 2）变节距圆柱形压缩螺旋弹簧，此种弹簧所受的载荷增加到一定程度后，随着载荷的增大，其弹簧圈会有小节距依次逐渐并紧。这种弹簧具有良好的减振与防振作用，因此用于高速，变载荷的机构。 3）圆柱形螺旋弹簧，如图16-3所示，这种弹簧结构紧凑，稳定性好，防振能力较强，多用于需承受较大轴向载荷以及需减振的场合。 （2）承受弯曲应力的弹簧 1）圆柱形扭转螺旋弹簧，如图16-4所示。这种弹簧结构简单，可承受转矩，主要用于各种机械装置中的储能和压紧。 2) 蝶形弹簧，如图16-5所示。这种弹簧的缓冲及减振能力较强，制造及维修方便，主要用于重型机械的缓冲和减振装置。 3）平面蜗卷弹簧（亦称盘装弹簧），如图16-6所示。这种弹簧承受转矩，且能储存较大的能量，常用于钟表及仪表中的动力装置。 图16-3圆柱形扭转螺旋弹簧 图16-5平面蜗卷弹簧 图16-4碟形弹簧 4）板弹簧，这种弹簧承受弯矩，因其变形大、吸振能力强，主要用于各种车辆的缓冲和减振装置。 （3）承受压缩和拉伸应力的弹簧 环形弹簧由具有圆锥面的的内、外环组成，可承受较大的压力，是目前最强的压缩、缓冲弹簧，常用于重型设备，如机车车辆、锻压设备和起重机械中的缓冲 装置。 2.非金属弹簧的分类 非金属弹簧分为橡胶弹簧和空气弹簧 综上所述，由于非金属弹簧的吸振、隔声作用明显强于金属弹簧，因此在现代机械工业中的应用日益广泛。 第二节 弹簧的材料及制造 一、 弹簧的材料 由于工作性质和条件对弹簧材料的要求是多方面的。为保证弹簧的变形始终在弹性范围内, 弹簧材料必须具有较高的弹性极限；对于经常承受交变或冲击载荷的弹簧，其材料还应具有较高的疲劳极限和足够的韧性；为了便于弹簧的制造，材料还要具有良好的塑性和热处理性能等。弹簧的常用材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金等。选择弹簧材料时，应充分考虑弹簧的工作条件、功用、重要性和经济条件等因素。 碳素弹簧钢,如65、70、85钢等，其价格便宜，供应充足，热处理后具有较高的强度、 适宜的韧性和塑性，故应用最广。但它的弹性极限低，多次重复变形后易失去弹性，不适合在高于120℃的温度下工作；弹簧钢丝直径大于12mm时，不易淬透，只适用于制造小尺寸的弹簧。合金弹簧钢，如硅锰钢和铬钒钢等，用于制作承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧。 有色金属合金，如硅青铜、锡青铜和铍青铜等，用于制作在潮湿、酸性或其他腐蚀性介质中工作的弹簧。 表16-1螺旋弹簧的常用材料和许用应力 表16-2碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限 (MPa) 在一般机械中，常用的是用圆截面金属丝绕成的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧。本章只讨论这种弹簧的结构、制造与设计。 二、弹簧的制造 圆柱螺旋弹簧的制造过程包括卷制、端面加工或挂钩的制作、热处理及工艺性试验等环节。 卷制分冷卷和热卷两种。当簧丝直径小，通常在8mm～10mm以下时，或弹簧直径较大易于卷绕时，一般采用冷卷法；冷卷的弹簧多用经过预热处理的冷拉碳素弹簧钢丝。如果簧丝直径大于8mm，或簧丝直径虽然较小，但弹簧直径也较小，或钢丝太硬，则需采用热卷法。热卷时的温度随簧丝的粗细在800℃～1000℃的范围内选择。不论采用冷卷或热卷，卷制后均应视