机械制图弹簧的设计.ppt

;; 设计者思维;;;;;; 以圆柱螺旋压缩弹簧为例，当其承受轴向载荷F时，弹簧将产生相应的弹性变形，如图16-2所示。为了表示弹簧的载荷与变形的关系，取纵坐标表示弹簧承受的载荷，横坐标表示弹簧的变形，通常载荷和变形成直线关系。这种表示载荷与变形关系的曲线称为弹簧的特性曲线。 ;;; 弹簧端部的结构有多种形式，最常用的是两个端面圈均与邻圈并紧且磨平的YI型，如图16-4所示。 ;;;;;;附表16-1 普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列（摘自GB/T 1358—1993） ;;附表16-2 弹簧常用材料（摘自GB/T?1239.6—1992） ;常用弹簧钢主要有下列几种。 ;;附表16-3 弹簧钢丝的抗拉强度sb（摘自GB/T?1239.6—1992） ;附表16-4 弹簧钢丝的许用应力（摘自GB/T?1239.6—1992） ;;表16-2 普通圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的结构尺寸计算公式（摘自GB/T?1239.6—1992） ;; 由图16-6(a)可知，由于弹簧丝具有螺旋角 ，故在通过弹簧???线的截面A-A上，弹簧丝的截面呈椭圆形，而在弹簧丝的法线截面B-B上，弹簧丝截面呈圆形。截面A-A与截面B-B之间的夹角等于螺旋角a 。一般情况下，螺旋角 a≤10°，因此可以近似地认为a= 0°。这样就可以近似地用截面B-B代替截面A-A，从而使计算大为简化。 ;;;;;;;;;;;;图16-7 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的疲劳寿命图 ;;;【工程实例16-1】自行车支脚弹簧计算 ;解： 只要先求出弹簧丝在试验应力下的最大工作载荷Fs，就可以求出该弹簧的最大伸长量ls。 （1）由弹簧材料为碳素钢丝（GB4357）B级和载荷性质，查附表16-2、附表16-3和附表16-4，则有弹簧丝的切变模量G = 79?000 MPa。 ;附表16-2 弹簧常用材料（摘自GB/T?1239.6—1992） ;附表16-3 弹簧钢丝的抗拉强度sb（摘自GB/T?1239.6—1992） ;附表16-4 弹簧钢丝的许用应力（摘自GB/T?1239.6—1992） ; 按Ⅲ类拉伸弹簧取许用应力[τp] = [τs] = 0.4sb，当d = 1.6 mm时，sb =1570 MPa，则 [τs] = 0.4sb = 0.4 × 1570 = 628?MPa ;【工程实例16-2】气动阀门中圆柱螺旋压缩弹簧设计 ;解： 设计过程和步骤如下： （1）选择材料。弹簧在变载荷、常温下工作，对工作的可靠性要求高，载荷作用次数不超过106，按Ⅱ类弹簧来考虑。又由于尺寸较小，故选用65?Mn弹簧钢丝，热处理：采用油淬火回火，表面硬度达到45～50?HRC。 ; （2）计算弹簧钢丝直径d及确定弹簧中径D。若选取弹簧钢丝直径为2.5?mm，则D = D2-d = 16 -2.5 = 13.5?mm。由附表16-1选取弹簧中径D = 12 mm，则旋绕比C = D/d = 12/2.5 = 4.8。 曲度系数 。根据估选的弹簧丝直径d = 2.5，查附表16-4，可知[τp] = 455 MPa，有 ;附表16-1 普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列（摘自GB/T 1358—1993） ;附表16-4 弹簧钢丝的许用应力（摘自GB/T?1239.6—1992） ; 与估值接近，取弹簧丝直径为2.5?mm，则D2 = D + d = 12 + 2.5 = 14.5 16?mm，符合题目要求。 ;附表16-2 弹簧常用材料（摘自GB/T?1239.6—1992） ;（4）弹簧刚度的校核，即 ;（6）几何尺寸计算。 ;（7）计算试验载荷及其变形量。 由附表16-4查得65Mn的试验切应力的最大值为570 MPa。按Ⅱ类载荷弹簧考虑，取试验切应力τs = 1.2τp = 1.2 × 455 = 546 MPa 570 MPa，故未超过最大值 ;（8）校核弹簧特性，则 ;（10）验算疲劳强度，则 ; 从图16-7中得到r和τmax/sb的交点在106作用次数下，表明此弹簧的疲劳寿命N 106作用次数，故弹簧满足疲劳强度的要求 ;（11）绘制弹簧工作图，如图16-8所示。 ;; 扭转弹簧承载时的变形以其角位移来测定弹簧受扭矩T作用后因扭转变形而产生的扭转角?，单位为度。 ;;; 涡簧的特性曲线如图16-10(b)所示，它在工作行程中所受的扭矩与