弹簧 浙大机械设计基础教学PPT课件.ppt

浙江大学专用 第16章 弹 簧 §16-1 弹簧的功用和类型 §16-2 弹簧的制造、材料和许用应力 §16-3 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 §16-5 其他弹簧简介 §16-4 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计 浙江大学专用 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 弹簧 类型 2. 缓冲吸振; 浙江大学专用 本章内容 弹簧 类型 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 浙江大学专用 一、弹簧的制造 §16-2 弹簧的制造、材料和许用应力 二、弹簧的材料 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 → 低温回火，消除应力 → 淬火、回火 经强压处理可提高承载能力。 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。 浙江大学专用 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、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。 浙江大学专用 三、弹簧的许用应力 弹簧材料的机械性能按受载情况分为三类：P282 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。 浙江大学专用 T 一、弹簧的应力 已知条件如图。 §16-3 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 D2 d T α F F 截面受力： 剪切应力： 剪切应力： F F τ’ D2 /2 弹簧轴线 d D2 /2 弹簧轴线 d τ” F τ” τ’ τ D2 /2 弹簧轴线 d 浙江大学专用 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 C=D2 /2 曲度系数 K 3 4 5 6 7 8 20 10 12 14 16 9 18 C----旋绕比，或弹簧指数。 ----弹簧的曲度系数 强度条件： 截面总切应力： d τ” τ’ τ 未考虑簧丝曲率的应力 d τ” τ’ τ 设计公式： 浙江大学专用 二、弹簧的变形 dφ D2/2 微段轴向变形量dl： C↓ → k↑ C值过小→ 制造困难，内侧应力↑； 取值范围：C=4~16 C值过大→ 弹簧容易颤动。 dl D2 F l F 钢：G=8×104 Mpa, 青铜：G=4×104 Mpa T T O’ ds O 浙江大学专用 §16-4 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计 一、结构尺寸和特性曲线 1. 压缩弹簧的结构尺寸 压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定间距d 。 d 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 d/4 压缩弹簧的总圈数： n1 = n+(1.5~2.5) 其它尺寸见P284表。 浙江大学专用 2. 压缩弹簧的特性曲线 特性曲线-- 载荷—变形曲线 压缩弹簧的特性曲线 F1 F2 Flim F l 浙江大学专用 arctgk 最小工作载荷: F1=(0.2~0.5)F2 最大工作载荷--- F2 在F2的作用下，tmax[t ] 极限载荷--- Flim llim U l2 l1 l0 压缩弹簧的特性曲线 F l F1 F2 Flim H2 Hlim H1 最小变形--- l 1 对应的变形--- λ2 极限变形--- llim 0.8nd 弹簧刚度： 弹簧势能 U F1 F