机械设计_弹簧

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1、第十六章弹簧§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§16-3圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算§16-4圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算§16-5其它类型弹簧简介弹簧概述1．弹簧的功用概述弹簧是一种弹性的元件，它具有刚度小、变形大、在载荷作用下易产生较大弹性变形等特点，在各类机械中应用十分广泛。弹簧的主要功用有：控制机构的运动、缓冲和减振、储存能量、测力以及改变机器的自振频率等。2．弹簧的分类各类弹簧按弹簧承受的载荷分：拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧弯曲弹簧按照弹簧的形状分：螺旋弹簧环形弹簧碟形弹簧板簧盘簧异型弹簧螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成

2、的，由于制造简便，所以应用最广。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。虚拟现实中的弹簧圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力一、圆柱螺旋弹簧的结构形式圆柱螺旋弹簧的结构制造材料1圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋拉伸弹簧详细介绍详细介绍二、圆柱螺旋弹簧的制造螺旋弹簧的制造工艺包括：卷制→挂钩的制作或端面圈的精加工→热处理→工艺试验及强压处理。详细介绍圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力圆柱螺旋弹簧的结构制造材料2三、弹簧的材料及许用应力为了使弹簧能够可靠地工作，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，同时应具有足够的韧性和塑性，以及良好的可热处理性。1．常用弹簧

3、钢碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，但弹性极限低；低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹；硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好；铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。许用应力2．材料选择选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算圆柱螺旋拉压弹簧计算1一、几何参数计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸：外径D2、中径D、内径D1、节距p、螺

4、旋升角α、弹簧丝直径d。详细介绍压缩弹簧拉伸弹簧圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算二、特性曲线圆柱螺旋拉压弹簧计算2弹簧应具有经久不变的弹性。在设计弹簧时，应使其工作应力在弹性极限范围内。表示弹簧载荷和变形的关系曲线称为特性曲线。弹簧的特性曲线作为检验和试验时的依据之一，通常应绘制在弹簧的工作图中。压缩弹簧特性曲线拉伸弹簧特性曲线三、圆柱螺旋弹簧受载时的应力及变形FD/2圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的截面上主要受到横向剪力和扭矩。下面以压缩弹簧承受轴向载荷的情况进行分析。FDT=2弹簧的受力分析d弹簧丝的应力分析F弹簧的变形与刚度分析圆柱螺旋压缩(拉伸)

5、弹簧的设计计算圆柱螺旋拉压弹簧计算3四、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算设计方法和步骤:1)根据工作情况及具体条件选定材料；2)选择旋绕比C，通常可取C≈5~8，并算出补偿系数K值；3)根据安装空间初设弹簧中径D，由C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力；FKCd'≥6.1max4)试算弹簧丝直径d′[]τ5)根据变形条件求出弹簧工作圈数：Gd对于有预应力的拉伸弹簧n=3λmax(8F−F)Cmax0Gd对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧n=3λmax8FCmax6)检查D、D、H是否符合安装要求等;2107)验算：强度验算振动验算稳定性验算圆柱螺旋扭

6、转弹簧的设计计算扭转弹簧主要用于压紧、储能或传递扭矩。圆柱螺旋扭转弹簧计算1一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线1．圆柱螺旋扭转弹簧的结构2．圆柱螺旋扭转弹簧的特性曲线TTlimTmaxTminφφminφmaxφlim详细介绍详细介绍二、圆柱螺旋扭转弹簧受载时的应力及变形圆柱螺旋扭转弹簧工作时，弹簧丝主要承受弯曲应力作用。应力与变形分析圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算三、圆柱螺旋扭转弹簧的设计圆柱螺旋扭转弹簧计算2已知弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求，包括安装空间对弹簧尺寸的限制等。确定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。设计方法和步骤

7、:1)根据工作情况及具体条件选定材料及许用应力；2)选择旋绕比C，并算出补偿系数K值；1KTd'1max3)试算弹簧丝直径d′≥1.0[]σb检查各尺寸是否合适；EIϕ4)根据变形条件求出弹簧工作圈数：n=180TD5）计算弹簧丝长度：L≈πDn+Lh其它类型弹簧简介其它弹簧碟形弹簧环形弹簧涡卷弹簧板簧