机械设计基础 教学课件 作者 王亚辉 主编第十八章 弹簧第18章弹簧.ppt

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1、第18章弹簧§18.1概述§18.2圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算弹簧第18章弹簧§18.1概述一、弹簧的功用◆缓冲和吸振◆测量力和力矩◆控制机构的运动◆贮存和输出能量车辆的缓冲弹簧弹簧秤二、弹簧的类型按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等，常见的弹簧如下：拉伸弹簧圆截面压缩弹簧变节距压缩弹簧圆锥螺旋弹簧碟形弹簧涡卷弹簧环形弹簧扭转弹簧涡卷弹簧板簧§18.1概述拉伸弹簧圆截面压缩弹簧这两种弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最为广泛§18.1概述缓冲及减振能力较强，制造及维护方便。主要用于重型机械的缓冲和减振装置

2、碟形弹簧涡卷弹簧此种弹簧能储存较大的能量，常用于钟表及仪表中的动力装置§18.1概述环形弹簧可承受较大的压力，缓冲能力很强，常用于重型设备的缓冲装置§18.1概述扭转弹簧结构简单，主要用于各种机械装置中的压紧和储能§18.1概述此种弹簧变形大、吸振能力强，主要用于各种车辆的缓冲和减振装置§18.1概述弹簧的材料为了使弹簧能可靠地工作，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，以及良好的热处理性。常用的弹簧材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、弹簧用不锈钢和有色金属合金等卷制→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。

3、螺旋弹簧的制造工艺包括：弹簧的制造三、弹簧的材料和制造§18.1概述一、圆柱螺旋弹簧的结构形式在重要的场合下，应采用两端圈并紧并磨平的YⅠ型端部结构，以保证弹簧轴线与支承面垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。YⅢ型则主要用于弹簧直径较大的次要场合1、圆柱形压缩螺旋弹簧端部的结构形式§18.2圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算2、圆柱形拉伸弹簧端部的结构形式圆柱螺旋拉伸弹簧在自由状态下各圈相互并拢，即间距等于零。为了便于安装和加载，在其端部制有钩环，LⅠ、LⅡ型的钩环由弹簧直接弯曲而成，这种弹簧主要用于弹簧丝直径d≤10mm的不重要场合；LⅦ型与LⅧ型的挂钩不与

4、弹簧丝联成一体，挂钩可任意转动。在受力较大的场合，最好采用LⅦ型钩环，但其价格较贵。§18.2圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算1.圆柱螺旋弹簧的几何尺寸中径D外径D2内径D1节距p螺旋升角α弹簧丝直径d圈数n旋绕比C主要参数：弹簧刚度和旋绕比是弹簧的两个重要参数。在弹簧丝直径d和其他条件相同的情况下，旋绕比C越小，弹簧刚度k越大，弹簧越硬，弹簧的卷制越困难；相反旋绕比C取得过小，则弹簧刚度过小，工作时容易颤动§18.2圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算二、圆柱螺旋压缩弹簧的参数尺寸及特性曲线二、圆柱螺旋弹簧的几何尺寸C值的常用范围C=5～10。设计时可根据弹簧丝

5、的直径选取，如表下所示。d/mm0.2～0.40.5～1.01.2～2.02.5～6.07.0～16≥18C＝D/d7～145～125～104～94～84～6弹簧的工作圈数n等于总圈数n1减去支撑圈数nz。为使弹簧具有稳定的工作性能，应使弹簧的有效圈数大于等于2，支撑圈的圈数一般为1.5、2、2.5。为使弹簧工作平稳，总圈数最好为0.5的倍数§18.2圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算几何尺寸计算～几何尺寸压缩弹簧拉伸弹簧簧丝直径d由强度设计计算确定弹簧外径DD＝D2＋d弹簧中径D2D2＝Cd弹簧内径D1D＝D2—d间距δδ=t—dδ=0节距tt=δ+d+

6、λmax/n=D2/3~D2/2t=d螺旋升角αα=arctant/ΠD2（对压缩弹簧α＝5°～9°）工作圈数n由刚度计算决定弹簧总圈数n1n1=n+(1.5～2.5)n1=n弹簧自由高度H0两端并紧磨平(YⅠ型)H0=nt+(n1-n-0.5)d两端并紧磨平(YⅡ型)H0=nt+(n1-n-0.5)d弹簧展开长度LL=ΠD2n1/cosα钩环长度§18.2圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算右图为圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及其特性线§18.2圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算表示载荷与相应变形之间关系的曲线称为弹簧的特性曲线下图为圆柱形等节距拉伸螺旋弹簧及其特性线λ

7、1与λ2之差称为弹簧的工作行程Flim为弹簧的极限工作载荷，在它的作用下弹簧丝内的应力达到了弹簧材料的屈服极限。弹簧的最小工作载荷通常取为最大工作载荷通常取在弹性极限范围内，等节距的圆柱螺旋弹簧的特性曲线为一直线，则有k为弹簧的刚度§18.2圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算三、圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算设计要求：有足够的强度符合载荷---变形曲线的要求（刚度要求）不发生侧弯(失稳)已知条件：最大工作载荷F2和相应的变形λ2，其他要求（如工作温度、安装空间的限制等）1．弹簧丝直径的计算式中：K为弹簧曲度系数，d≥2．弹簧圈数及刚度的计算3．稳定性1.当两端

8、固定时，2.当一端固定，另一端自由转动时3.当两端自由转动时≤2.6；≤5.3；≤3.7；ThankYou!本章结束