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* 第16章 弹 簧 §16-1 弹簧概述 §16-2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及 许用应力 §16-5 其它弹簧简介 §16-3 圆柱螺旋拉伸(压缩)弹簧的设计计算 §16-4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 工作特点:弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形, 在机械设备中被广泛用作弹性元件。 功用: 1. 控制机构运动或零件的位置; 如凸轮机构、离合器、阀门等; §16-1 弹簧的功用和类型 3. 存储能量; 如钟表仪器中的弹簧; 4. 测量力的大小 ;如弹簧秤中的弹簧 螺旋 弹簧 圆柱形 截锥形 按形状分 按受载分 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 5. 改变系统的自振频率。 分类 2. 缓冲吸振; 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧; 本章内容 分类 螺旋弹簧 圆柱形 截锥形 按形状分 按受载分 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 环形弹簧 平面涡圈弹簧 仪表中储能用 板弹簧 碟形弹簧 §16-2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造方法、 材料及许用应力 一、圆柱螺旋弹簧的结构形式 压缩弹簧在自由状态下,各圈之间留有一定间距δ 。 δ 支承圈或死圈----两端有3/4~5/4圈并紧,以使弹簧站立平直,这部分不参与变形。 不磨平 磨平 端部磨平----重要弹簧 端部不磨平---- 一般用途 磨平长度不小于3/4圈,端部厚度近似为d/4 d/4 压缩弹簧的总圈数: n1 = n+(1.5~2.5) 为使工作平稳,n1的尾数取1/2 变形用 n为有效圈数 1、圆柱螺旋压缩弹簧 2、 拉伸弹簧 a) 各圈相互并紧δ=0; b) 制作完成后具有初拉力; c) 端部做有拉钩,以便安装和加载。 拉钩形式:半圆钩环型、圆钩环型、 转钩、可调转钩。 改进后的结构 拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。 特点:结构简单、制造容易、但弯曲应力大。应用于中小载荷与不重要的场合。 特点:弯曲应力小。适用于变载荷的场,但成本较高。 二、弹簧的制造 制造过程:卷绕、端面加工(压簧)或拉钩制作(拉簧或扭簧)、热处理和工艺性试验。 冷卷:d10 mm 热卷:d≥ 10 mm,卷制温度:800~1000℃ → 低温回火,消除应力 → 淬火、回火 经强压处理可提高承载能力。 强压处理: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,使簧丝表面层产生与工作应力相反的残余应力,受载时可抵消一部分工作应力。 ▲ 对于重要压缩弹簧,为了保证承载面与轴线垂直, 端部应磨平; ▲ 拉伸弹簧,为了便于联接与加载,两端制有拉构。 工艺试验包括:耐冲击、疲劳等试验。 三、弹簧的材料及许用应力 要求: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。 材料:优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢、有色金属合金。 1、弹簧的材料 碳素弹簧钢:含碳量在0.6~0.9%之间,如65、70、85 合金弹簧钢:硅锰钢、铬钒钢。 有色金属合金:硅青铜、锡青铜、铍青铜。 优点:容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的强 度,适宜的韧性和塑性。 缺点:当d12 mm,不易淬透,故仅适用于小尺寸的 弹簧。 优点:适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高 的弹簧。 选用原则: 充分考虑载荷条件(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碳簧钢丝。 2、弹簧的许用应力 弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、弹簧的工作条件和重要程度,以及簧丝的尺寸等 弹簧按载荷分为三类: I类弹簧: 受变载荷作用次数106,或很重要的弹簧。 II类弹簧:受变载荷作用次数在103 ~ 105 ,或受冲击 载荷的弹 簧,或受静载荷的重要弹簧。 III类弹簧:受变载荷作用次数在103 ,或受静载荷 的弹簧。 表16—1 螺旋弹簧的常用材料和许用应力 材 料 名 称 牌号 65、70 0.3σB 0.4σB 0.5σB –40~120 碳素弹簧 钢丝Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 60Si1Mn 480 640 800 –40~200 45~50HRC 合金弹 簧钢丝 Ⅰ类弹簧 [τI] 青铜丝 Ⅱ类弹簧 [τII] Ⅲ类弹簧 [τIII] 推荐使用
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