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机械设计基础 第十四章　弹　　簧 第十四章　弹　　簧 第一节　弹簧的功用和类型第二节　弹簧的材料和制造第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 第一节　弹簧的功用和类型 (1)控制运动　利用弹簧的弹力保持零件间的接触以控制运动，如离合器、制动器和自动车床凸轮机构中的控制弹簧，内燃机中的气阀弹簧等。(2)缓冲和吸振　以变形能的形式吸收振动和冲击能量，如车辆中的缓冲弹簧和联轴器中的吸振弹簧。(3)储存和释放能量　如钟表和仪器中的发条，机枪弹簧等利用弹性变形储存能量作功。(4)测量载荷　如弹簧秤测力器和发动机测功器中的弹簧。一、弹簧的主要类型和特点弹簧按其承载形式不同可分为压缩、拉伸、扭转和弯曲弹簧。 第一节　弹簧的功用和类型 表14-1　弹簧的主要类型、特点及应用 第一节　弹簧的功用和类型 表14-1　弹簧的主要类型、特点及应用 第一节　弹簧的功用和类型 表14-1　弹簧的主要类型、特点及应用 第一节　弹簧的功用和类型 表14-1　弹簧的主要类型、特点及应用 第一节　弹簧的功用和类型 表14-1　弹簧的主要类型、特点及应用 第二节　弹簧的材料和制造 一、弹簧材料弹簧在工作中常受动载荷作用，因而弹簧的材料应具有较高的弹性极限、持久极限和冲击韧度、良好的热处理性能。常用的弹簧材料有碳素弹簧钢、合金钢、不锈钢和铜合金等。 第二节　弹簧的材料和制造 表14-2　常用弹簧材料的许用应力及用途 第二节　弹簧的材料和制造 2. 对重要的， 损坏会引起整个机械损坏的弹簧，许用应力应适当降低。3. 经强压(拉)处理的弹簧， 其许用切应力［τ］=(0.8～0.9)kpτs或按表列数值提高5%～35%， 小截面弹簧材料取小值， 反之取大值。4. 经强压(拉)处理后弹簧的σs和τs可取下列近似值： 碳素弹簧钢σs=0.7σb， τs=0.5σb； 硅锰弹簧钢σs=0.75σb， τs=0.6σb； 铬钒弹簧钢σs=0.9σb， τs=0.7σb。5. 弹簧在高温下工作时， 材料的σb值随温度上升而下降， 此时许用应力应按该工作温度下材料的抗拉强度计算。 第二节　弹簧的材料和制造 表14-3　弹簧钢丝的抗拉强度(单位：MPa) 第二节　弹簧的材料和制造 二、弹簧的制造圆柱螺旋弹簧的制作过程包括：卷绕、端面加工(压簧)或挂钩制作(拉簧、扭簧)、热处理和工艺试验等。 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 一、圆柱螺旋弹簧的参数和几何计算1.弹簧的端部结构 图14-1　压缩弹簧几何参数与特性线 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 图14-2　拉伸弹簧几何参数及特性线 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 表14-4　圆截面压缩弹簧的端部结构(GB/T 1239.2—1989) 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 表14-5　圆截面拉伸弹簧的端部结构(GB/T 1239.1—1989) 2.主要参数与几何尺寸 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 表14-6　圆柱螺旋弹簧的主要参数与几何尺寸 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 表14-7　旋绕比C的荐用值 二、弹簧特性弹簧工作进程中承受的力或扭矩称为工作载荷；弹簧沿载荷作用方向产生的相对位移称为变形量。使弹簧产生单位变形的载荷P′=F/λ称为弹簧刚度。工作载荷与变形量之间的关系称为弹簧特性。工作中常需将这种关系用线图表示出来，作为设计和生产中进行检验或实验的依据，该图线称为弹簧的特性线。图14?1为等节距圆柱螺旋压缩弹簧的特性线，这种弹簧的载荷与变形成线性关系，亦即其刚度P′=F/λ=常数。 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 三、圆柱螺旋压缩弹簧的强度计算圆柱螺旋压缩或拉伸弹簧的工作载荷的作用线与弹簧轴线相重合，因此，弹簧丝在各剖面上的受力都相同。由于弹簧螺旋升角不大(通常＜10°)，可近似认为通过弹簧轴线的剖面为圆形。在此圆形剖面上作用有剪切力FQ和扭矩MT，如图14?3所示。 图14-3　圆柱螺旋压缩弹簧的受力分析 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 表14-8　弹簧的曲度系数 表14-9　弹簧材料直径标准值(单位：mm) 四、弹簧的变形计算由材料力学可知，圆柱螺旋弹簧在轴向载荷作用下引起的轴向变形量为 第三节　圆柱螺旋弹簧的设计计算 五、压缩弹簧的稳定性计算 高径比b=H0/D2较大的压缩弹簧，当轴向载荷达到一定值时，弹簧就会发生侧向弯曲失去稳定性，从而使弹簧不能正常工作，如图14?4a所示。为保证其稳定性，一般压缩弹簧的高径比应按下述情况选取：1)当两端固定时，取b＜5.3。2)当一端固定、另一端自由转动时，取b＜3.7。3)当两端自由转动时，取b＜2.6。4)当高径比b大于上述数值时，应按下式进行稳定性验算 图14-4　压缩弹簧失稳及防止方法a)失稳　b)导杆　c)导套　d)组合弹簧 第三节