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第十五章 弹性元件 Elestic element * * §15—1 概 述 一、弹簧的功用 （1）控制机构的位置和运动 （2）缓冲及吸振 （3）储存能量 （4）测量力和力矩 按照性质不同可分为：压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧 按外形不同又可分为：螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧 二、弹簧的类型 三、弹簧的工作原理 1、弹簧特性线和刚度 弹簧特性线——表示弹簧载何与变形量之间的关系曲线 弹簧的刚度——弹簧的载荷变化量与变形变化量之比，以k表示 拉压弹簧 扭转弹簧 弹簧特性线呈直线的，其刚度为常数，称为定刚度弹簧；当特性线呈折线或曲线时，其刚度是变化的，称为变刚度弹簧。 常见弹簧的种类及特性曲线 2、变形能 加载过程中弹簧所吸收的能量称为变形能 对于拉、压弹簧 对于扭转弹簧 加载与卸载特性线所包围的面积即代表消耗的能量U0，U0越大，说明弹簧的吸振能力越强。U0与U之比值称为阻尼系数。 §15—2 圆柱螺旋弹簧(cylindrical helical spring) 1、压缩弹簧(compression spring) 弹簧两端的端面圈与邻圈并紧，不参与弹簧变形，只起支承的作用，俗称死圈。 一、圆柱螺旋弹簧的结构 2、拉伸弹簧(tension spring) 如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此时弹簧各圈应互相并拢。拉伸弹簧分无初拉力和有初拉力两种。 拉伸弹簧的端部结构形式 弹簧的卷制方法有冷卷法和热卷法 二、圆柱螺旋弹簧的制造 要求弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限，足够的韧性和塑性，良好的热处理性能。常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢（如60、75、65Mn等）、硅锰弹簧钢（如60Si2MnA）、铬钒弹簧钢（如50Cr-VA）、不锈钢（如1Cr18Ni9）及青铜（如QBe2）等。 三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力 弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关 1、弹簧的材料 2、弹簧的许用应力 §15—3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算 一、弹簧特性线 预紧力F1称为弹簧的最小载荷。Fmax为弹簧所承受的最大工作载荷，此时，弹簧高度压缩到H2，相应变形为λmax，该时刻弹簧各圈之间仍应保留δ1的间隙，欲称余隙。 F3为弹簧的极限载荷。 λmax与λ1之差或H2与H1之差，称为弹簧的工作行程λ0 二、基本参数及其选择 圆柱螺旋弹簧的主要参数有： 弹簧丝直径d、弹簧圈外径D、内径D1、中径D2、弹簧节距p和螺旋升角α、弹簧指数C（旋绕比） 三、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算 1、弹簧受力 当压缩弹簧承受轴向载荷F的作用时，钢丝剖面A-A上作用着横向力F和扭矩T，A-A剖面呈椭圆形，现取垂直于钢丝轴线的剖面B-B。 K——曲度系数 2、弹簧应力 压缩弹簧最大切应力 四、弹簧的刚度计算 1、弹簧的变形 2、弹簧刚度和圈数 3、弹簧的稳定性验算 压缩弹簧的自由高度H0与中径D2之比称为长细比，以b表示 当弹簧两端固定时，b5.3；当弹簧一端固定，一端可转时，b3.7；当弹簧两端都可转动时，b2.6。 Fc=CBkH0 Fc——临界稳定载荷 CB——不稳定系数 k ——弹簧刚度 为保证弹簧的稳定性必须满足Fc≥(2~2.5)Fmax 若长细比不满足要求，结构上又不允许加装导杆或导套，则必须进行稳定性计算其临界稳定载荷 §15—4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线 扭转弹簧的特性如左图，呈螺旋形，两端带有杆臂或挂钩，自由状态下，各弹簧圈间留有少量间隙。扭转弹簧的特性线见右图。 二、圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 扭转弹簧曲度系数 K′ 圆柱螺旋扭转弹簧钢丝剖面中的应力，可近似地看作弯曲梁进行计算 最大扭转角 扭转刚度 工作圈数 §15—5 其它类型弹簧简介 平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧，它的结构是按阿基米德螺线形成的，如左图。平面蜗卷形盘簧特性曲线如右图 一、平面蜗卷形盘簧 *