机械设计基础（第2版）：弹簧PPT教学课件.pptx

模块十弹簧机械设计基础

模块十弹簧ModuleTenSpring知识目标了解弹簧的功用和类型。熟悉圆柱螺旋弹簧的结构与制造方法。掌握圆柱螺旋弹簧的设计方法。?技能目标已知弹簧,能分析其功用。根据弹簧的使用场合能分析制造方法和热处理工艺。根据弹簧的工作条件能进行弹簧的分析与设计。

弹簧是机械设备中广泛应用的一种弹性元件,圆柱螺旋弹簧如图10-1所示。它是利用材料的弹性和结构特点,通过变形提供弹性力和储存能量来进行工作的。与多数零件不同,对弹簧的主要要求是弹性好,能多次重复地随外载荷的大小做相应的弹性变形,卸载后又能立即恢复原状。本模块主要介绍弹簧的功能、类型和材料,圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的结构和制造,圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计等。模块十弹簧ModuleTenSpring图10-1圆柱螺旋弹簧

弹簧的功能、类型和材料Thefunction,typeandmaterialofthespring壹圆柱螺旋弹簧的结构和制造Structureandmanufactureofcylindricalspiralsprings贰圆柱螺旋弹簧的设计Thedesignofthecylindricalspiralspring叁目录CONTENTS

弹簧的功能、类型和材料Thefunction,typeandmaterialofthespring壹

一、弹簧的功能弹簧是一种弹性元件,由于材料的弹性和弹簧的结构特点,它具有多次重复地随外载荷的大小而做相应的弹性变形,卸载后立即恢复原状的特性,可以控制机件的运动、缓和冲击或振动、贮蓄能量、测量力的大小等,广泛用于机器、仪表中。其主要功能有以下几点。(1)减振和缓冲,如车辆的悬挂弹簧、各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。(3)测力,如测力器和弹簧秤的弹簧等。(3)储存及输出能量,如钟表弹簧、枪栓弹簧、仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。(4)控制运动,如控制弹簧门关闭的弹簧,离合器、制动器上的弹簧,控制内燃机气缸阀门开启的弹簧等。

二、弹簧的类型弹簧的分类方法很多。按照所承受的载荷不同,弹簧可分为拉伸弹簧[见图10-2(a)]、压缩弹簧[见图10-2(b)、图10-2(c)]、扭转弹簧[见图10-2(d)]等;按照形状的不同,弹簧可分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等。图10-2弹簧类型

二、弹簧的类型螺旋弹簧是用金属丝(条)按螺旋线卷绕而成的,由于制造简便,因而应用最广。其按形状可分为圆柱形[见图10-2(a)、图10-2(b)、图10-2(d)]、截锥形[见图10-2(c)]。环形弹簧[见图10-3(a)]和碟形弹簧[见图10-3(b)]都属于压缩弹簧,在工作过程中因为一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上,所以具有很高的缓冲吸振能力,多用于重型机械的缓冲装置。图10-3压缩弹簧

二、弹簧的类型图10-4所示为平面涡卷弹簧,或称盘簧,它的轴向尺寸很小,常用作仪器和钟表的储能装置。图10-5所示为板弹簧,由许多长度不同的钢板叠合而成,主要用作各种车辆的减振装置。图10-4盘簧图10-5板弹簧

三、弹簧的材料弹簧常在变载荷和冲击载荷作用下工作,而且要求在受极大应力的情况下不产生塑性变形,因此要求弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限,不易松弛,同时要求有较高的冲击韧性、良好的热处理性能等。弹簧的常用材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金等。

四、减速器的设计步骤1.碳素弹簧钢碳素弹簧钢的优点是价格便宜,原材料来源方便;缺点是弹性极限低,多次重复变形后易失去弹性,且不能在高于120℃的温度下正常工作。2.低锰弹簧钢低锰弹簧钢与碳素弹簧钢相比,优点是淬透性较好和强度较高;缺点是淬火后容易产生裂纹及热脆。但因为价格便宜,所以一般机械上常用的尺寸不大的弹簧可以用此种材料制造,如离合器弹簧等,常见型号如65Mn。

四、减速器的设计步骤3.硅锰弹簧钢硅锰弹簧钢中因加入了硅,故弹性极限显著提高,回火稳定性也提高了,因此可在更高的温度下回火,从而得到良好的力学性能。但含硅量高时,其表面易于脱碳。由于锰的脱碳性小,故在钢中加入硅、锰这两种元素,就是为了发挥各自的优点,并减少彼此的缺点,因此硅锰弹簧钢在工业中得到了广泛的应用,一般用于制造汽车、拖拉机的螺旋弹簧,常见型号如60Si2MnA。

四、减速器的设计步骤钢中加入钒的目的是细化组织,提高钢的强度和韧性,故50铬钒钢这种材料是耐疲劳和抗冲击性能良好的弹簧钢。它有良好的力学性能,并能