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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; 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 潘存云教授研制 潘存云教授研制 §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 。 潘存云教授研制 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 圆柱螺旋压缩弹簧 潘存云教授研制 拉伸弹簧 （1）各圈相互并紧δ=0； （2）制作完成后具有初拉力； （3）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。 潘存云教授研制 改进后的结构 拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。 潘存云教授研制 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。 潘存云教授研制 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。 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。 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。 潘存云教授研制 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