机械设计基础 第3版 教学课件 11-14 第十四章 弹簧.ppt

第十四章 弹簧 第一节 弹簧的功用与类型 机械中的多数零件是刚性零件，而弹簧是弹性零件。它能多次重复地随外载荷的大小作相应的弹性变形，卸载后又能立即恢复变形。通过变形把机械功或动能转换成变形能，亦可将变形能转换成机械功或动能。 一、弹簧的功用 1. 测量力的大小 利用弹簧受力后变形量的大小来测量重量，如弹簧秤。 2. 控制运动 如内燃机阀门控制弹簧。 阀门控制弹簧 1—凸轮 2—控制弹簧 3—阀座 4—气阀推杆 3. 缓冲和吸振 4. 储能和释能 钟表发条（弹簧） 汽车减振弹簧 二、弹簧的类型 1. 按受载性质分 （1）拉伸弹簧 （2）压缩弹簧 （3）扭转弹簧 （4）弯曲弹簧 板弹簧 弯曲弹簧 圆柱螺旋 拉伸弹簧 圆柱螺旋 压缩弹簧 圆柱螺旋 扭转弹簧 2. 按弹簧的形状分 （1）螺旋弹簧 圆柱形 圆锥形 （2）环形弹簧 （等刚度） （变刚度） 由带有内、外锥形的钢制圆环交错重叠组成的压缩弹簧，具有很大的缓冲和吸振能力，是一种强力弹簧，常用于重型车辆、火炮和飞机起落架的重型缓冲装置中。 环形弹簧 （3）碟形弹簧 由薄钢板冲压而成的截锥形弹簧，呈无底盘状。使用时将多个碟形弹簧组合，装在导杆或套筒中，只能承受轴向压缩载荷。刚性大，吸振能力强。 常用在空间尺寸小，外载荷又很大的缓冲、减振装置中。 （4）盘簧 亦称平面涡卷弹簧，由钢带盘绕而成，为阿基米德蜗线形结构。圈数多，变形角大，储能量大。 常用作仪器、仪表的储能装置。 平面涡卷弹簧 碟形弹簧 （5）板簧 由若干长度不等的条状钢板叠合并用簧夹夹紧而成。工作时受弯曲作用，吸振能力强。 主要用于车辆及重型锻压设备的减振装置。 此外还有； 橡胶弹簧—广泛用于仪器的坐垫，发动机的支承及机器的减振器等。 空气弹簧—利用储存在密闭容器中的压缩空气实现弹簧作用。广泛用于车辆的悬挂装置，及航空、船舶、建筑和冶金等部门。 第二节 弹簧的制造、材料与许用应力 一、弹簧的制造 １.卷制（代号：Y—冷卷压簧，L—冷卷拉簧） 　　大量生产时，在万能自动卷簧机上卷制，单件或小批量生产时可用车床卷制或用手动卷绕机手工卷制。 （1）冷卷（代号：Y—冷卷压簧，L—冷卷拉簧） 　　簧丝直径 d 8 ~ 10 mm时，簧丝热处理后在常温下直接卷制。 （2）热卷（代号：RY—热卷压簧， RL—热卷拉簧） 簧丝直径 d 8 ~ 10 mm时或d 8 ~ 10 mm，但螺旋弹簧的直径较小时，在800 ~ 10000C下卷制。 2. 端部加工 重要的压缩弹簧要求其两端承压面与轴线垂直，两端面应在专用磨床上磨平。 拉簧和扭簧在端部制有挂钩和工作臂。 3. 热处理 对于冷卷弹簧一般进行低温回火，以消除卷制时产生的内应力。 对于热卷弹簧需进行淬火和中温回火处理。 4. 工艺实验 在对螺旋弹簧施加2~3次工作极限载荷后，检查热处理和制造精度是否符合要求。 5. 强化处理及表面处理 强压处理—在超过工作极限载荷下，持续强压6~8小时。 喷丸处理—用钢丸或铁丸以一定速度冲击弹簧。 目的是使簧丝表层产生塑性变形，和有益的残余应力，提高弹簧的承载能力。 表面处理—对重要的弹簧进行表面镀锌，普通弹簧涂油漆。 二、弹簧的材料和许用应力 1. 对材料的性能要求 弹簧材料应具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和热处理性能。以满足成受变载荷及冲击载荷的要求。 2. 常用材料 （1）碳素弹簧钢（65、70、85钢等） 价格低，热处理后具有较高的强度，适宜的韧性和塑性。但弹性极限低，重复变形后会失去弹性，工作温度不宜高于1200C。当 d 12mm 时不宜淬透。常用于制造一般用途的小尺寸的弹簧。 （2）合金弹簧钢 锰钢（65 Mn、硅锰弹簧钢（62是Si2MnA）、(铬钒钢50CrVA) 等。 用于制造承受较大变载荷或冲击载荷的弹簧。 （3）不锈钢和铜合金 用于制造在潮湿或腐蚀性介质中工作的弹簧。机械性能 差，不易热处理，在一般机械中很少使用。 3. 许用应力 弹簧材料的许用应力取决于材料的种类和弹簧类别。 弹簧按载荷性质分为三类； I类 (无限疲劳寿命)—冷卷弹簧负荷循环次数N≥107次、热卷弹簧负荷循环次数N≥2×106次的动负荷； II类 (有限疲劳寿命)—冷卷弹簧循环次数N≥104~106次、热卷弹簧负荷循环次数N≥104~105次的动负荷；