第十八章 弹簧课件.ppt

第一节联弹簧的功用和类型 弹簧的主要功用有：1)控制机构的运动或零件的位置；2)缓冲及吸振；3)储存能量；4)测量力的大小。 弹簧的种类有螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等。 螺旋弹簧是用金属丝(条)按螺旋线卷绕而成，由于制造简便，所以应用最广。按其形状可分为：圆柱形(图18-1a 、 b、d）、截锥形(图18-1c)等。按受载情况又可分为拉伸弹簧(图18-1a）、压缩弹簧(图18-1b、c)和扭转弹簧(图18-1d)。 第一节联弹簧的功用和类型 第一节联弹簧的功用和类型 环形弹簧(图18-2a)和碟形弹簧(图18-2b)都是压缩弹簧，在工作过程中，一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上，因此具有很高的缓冲吸振能力，多用于重型机械的缓冲装置。 平面涡卷弹簧或称盘簧(图18-2c)，它的轴向尺寸很小，常用作仪器和钟表的储能装置。 板弹簧(图18-2d)是由许多长度不同的钢板叠合而成，主要用作各种车辆的减振装置。 第二节圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 一、弹簧的应力 图18-3所示为一圆柱螺旋压缩弹簧，轴向力F作用在弹簧的轴线上，弹簧丝是圆截面的，直径为d，弹簧中径为D2，螺旋升角为α。一般，弹簧的螺旋升角α很小(α＜9°)，可以认为通过弹簧轴线的截面就是弹簧丝的法截面。由力的平衡可知，此截面上作用着剪力F和扭矩T。 第二节圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 如果不考虑弹簧丝的弯曲，按直杆计算，以WT表示弹簧丝的抗扭截面系数，则扭矩T在截面上引起的最大扭切应力(图18-4)为 第二节圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 弹簧丝截面上的最大切应力τ发生在内侧，即靠近弹簧轴线的一侧（图18-4)，其值为 第二节圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 较精确的分析指出，弹簧丝截面内侧的最大切应力(图18-5)及其强度条件为 第二节圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 第二节圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 式(18-4)中第一项反映了弹簧丝曲率对扭切应力的影响。如图18-5所示，弹簧丝在扭矩T作用下，截面a-a ‘与b-b ’将相对转动一个小角度。由于内侧的纤维长度比外侧的短(即a‘ b’ ab)，这样，内侧单位长度的扭转变形就比外侧的大，因此内侧的扭切应力大于直杆的扭切应力τ，而外侧则反之。显然，旋绕比C越小，内侧应力增加越多。式(18-4)中的第二项反映了因τ“不均匀分布对内侧应力产生的影响。 二、弹簧的变形 如图18-7a所示，在轴向载荷作用下，弹簧产生轴向变形量λ为： 第二节圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 使弹簧产生单位变形量所需的载荷称为弹簧刚度k(也称为弹簧常数)，即 第三节弹簧的制造、材料和许用应力 一、弹簧的制造 螺旋弹簧的制造过程包括：卷绕、两端面加工(指压簧)或挂钩的制作(指拉簧和扭簧)、热处理和工艺性试验等。 大批生产时，弹簧的卷制是在自动机床上进行的，小批生产则常在普通车床上或者手工卷制。弹簧的卷绕方法可分为冷卷和热卷两种。当弹簧丝直径小于10 mm时，常用冷卷法。冷卷时，一般用冷拉的碳素弹簧钢丝在常温下卷成，不再淬火，只经低温回火消除内应力。热卷的弹簧卷成后须经过淬火和回火处理。弹簧在卷绕和热处理后要进行表面检验及工艺性试验，以鉴定弹簧的质量。 第三节弹簧的制造、材料和许用应力 弹簧制成后，如再进行强压处理，可提高承载能力。但经强压处理的弹簧，不宜在高温、变载荷及有腐蚀性介质的条件下应用。因为在上述情况下，强压处理产生的残余应力是不稳定的。受变载荷的压缩弹簧，可采用喷丸处理提高其疲劳寿命。 二、弹簧的材料 弹簧在机械中常承受具有冲击性的变载荷，所以弹簧材料应具有高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能等。常用的弹簧材料有优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金。 常用弹簧材料的性能列于表18-1和表18-2中。 第三节弹簧的制造、材料和许用应力 第三节弹簧的制造、材料和许用应力 选择弹簧材料时应充分考虑弹簧的工作条件（载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素弹簧钢丝。 第三节弹簧的制造、材料和许用应力 三、弹簧的许用应力 影响弹簧许用应力的因素很多，除了材料品种外，材料质量、热处理方法、载荷性质、弹簧的工作条件和重要程度以及弹簧丝的尺寸等，都是确定许用应力时应予以考虑