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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 圆柱螺旋拉压弹簧的设计计算 §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; §16-1 弹簧的功用和类型 3. 存储能量; 4. 测量力的大小 ； 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; 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 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 。 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。 端部磨平----重要弹簧 端部不磨平---- 一般用途 δ 不磨平 磨平 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 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。 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。 ▲ 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。 节距：t = d +δ λmax --最大变形量。 通常 t≈(0.3~0.5)D2 , α=5?~9? 间距: δ≥ λmax 0.8n 螺旋升角： 弹簧丝的展开长度: πD2 n1 cosα L= t πD2 α=arctg 自由高度: H0=nδ+(n1+1)d 两端并紧不磨平结构： H0=nδ+(n1-0.5)d 对于两端并紧磨平结构 并紧高度： Hs = (n1+1)d (n1-0.5)d §16-3 拉伸(压缩)弹簧的设计计算 一、几何尺寸计算 Hs Hs D2 λmax F2 α H0 t δ 二、 弹簧的特性曲线 特性曲线-- 载荷—变形曲线 1、压缩弹簧的特性曲线 压缩弹簧的特性曲线 F λ F1 F2 Flim 最小工作载荷: Fmin=（0.1~0.5）Fmax 最大工作载荷--- Fmax 在Fmax的作用下，τmax[τ ] 极限载荷--- Flim 最小变形--- λmin 对应的变形---λmax 极限变形--- λlim 0.8nδ 弹簧刚度： 弹簧势能 E 一般取： Fmax ≤ 0.8Flim arctgk λlim E λmax λmin λ0 压缩弹簧的特性曲线 F λ