机械设计基础第五版第十八章.ppt

第十八章 弹 簧 二、种类： 1、螺旋弹簧： 18-2 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧 的应力与变形 一、弹簧的应力： T在截面上产生的最大扭切应力： 剪力引起的切应力（切应力均匀分布）： 弹簧丝截面上的最大切应力及强度条件： 二、弹簧的变形： 二、弹簧的变形： 二、弹簧的变形： 分析： 18-3 弹簧的制造、材料和许用应力 2、强压处理： 二、弹簧的材料： 3、有色金属合金：QSi3-1、QSn4-3 三、弹簧的许用应力： 18-4 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计 1、压缩弹簧的结构尺寸： （3）螺旋升角： （5）自由高度H0： （6）弹簧高径比b： 为避免弹簧失稳， 2、压缩弹簧的特性曲线： 二、设计计算步骤： * 18-1 弹簧的功用及类型 一、功用： 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。 螺旋弹簧 环形弹簧 碟形弹簧 平面涡卷弹簧（盘簧） 板弹簧 制造简单，应用广泛。 2、环形弹簧：具有很高的缓冲、吸振能力， 多用于重型机械。 3、碟形弹簧：同上 4、平面涡卷弹簧（盘簧）： 轴向尺寸小，常作仪器、仪表 的储能装置。 5、板弹簧：主要作各种车辆的减振装置。 一、弹簧的应力： 以圆柱螺旋压缩弹簧为例进行分析。 F F F作用在弹簧轴线上， 螺旋升角很小（ ） 可认为通过轴线的截 面——弹簧丝的法截面 在法截面上作用有：剪力F、扭矩T F T WT—弹簧丝抗扭截面系数 d——弹簧丝截面直径 F T 弹簧丝截面上的最大切应力（发生在靠近轴线一侧）： C—旋绕比（弹簧指数） （考虑弹簧丝的升角、曲率对应力的影响） 在轴向载荷的作用下，弹簧产生轴向变形λ 截取微段ds，受扭矩T后，两端截面相对扭转dφ角， 半径OC2相对于OC1扭转dφ角，使弹簧产生相应的 轴向变形dλ， F λ D2 T T O C2 C1 dλ O D2/2 ds dφ F λ D2 T T O C2 C1 dλ O D2/2 ds dφ G—弹簧材料的切变模量 IP—截面的极惯性矩 n—弹簧的有效圈数 弹簧刚度k： 其它条件相同，C k ， C k C值过小，弹簧卷绕困难， C值过大，弹簧易颤动。常用C=5~8 一、制造： 卷绕、两端面加工（压簧）或挂钩的制作 （拉簧、扭簧）、热处理和工艺性试验等。 1、卷绕： 方法 冷卷（ ）：用冷拉的碳素弹 簧钢丝在常温下卷成。 热卷：卷成后须经过淬火和回火处理 将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限， 并保持一定时间后卸载，使弹簧丝表面 产生残余应力（与工作应力方向相反）， 受载时可抵消部分工作应力。 * 强压处理，可提高弹簧的承载能力。 * 经强压处理后的弹簧，不宜在高温、 变载荷、有腐蚀性介质的条件下应用。 （残余应力不稳定） 1、碳素弹簧钢：65、70、85 价廉易得，热处理后具有很高的强度、合 适的韧性、塑性。 只适用于小尺寸的弹簧（因d12mm，不易淬透） 2、合金弹簧钢：60Si2Mn、4Cr13、50CrVA 只适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度 较高的弹簧。 适用于在潮湿、酸性或其它腐蚀性介质中 工作的弹簧。 三、弹簧的许用应力： 弹簧按载荷的性质分为三类。 Ⅰ类：受变载荷作用次数在106次以上， 或很重要弹簧。 Ⅱ类：受变载荷作用次数在103~ 105次， 受冲击载荷或静载荷的重要弹簧。 Ⅲ类：受变载荷作用次数在103次以下的弹簧 各类弹簧的许用应力见表18-1 一、结构尺寸和特性曲线： 1、压缩弹簧的结构尺寸： δ 各圈间均留有间距δ，以备受载时变形。 弹簧两端各有 圈并紧（支承圈或死圈 ） 有支承圈的弹簧 总圈数： （1）节距 t： t=d+δ （2）间距δ： （4）弹簧丝展开长度： 两端并紧不磨平： 两端并紧磨平： 为保证压缩弹簧的稳定性，b不能超过许 用值，否则产生侧弯现象。 两端固定弹簧：b5.3 一端固定另一端铰支弹簧： b3.7 应加导向杆或导向套。 F1 F λ λ1 H1 F2 λ2 H2 Flim λlim Hlim H0 F1—最小工作载荷 F2—最大