机械设计基础 教学课件 作者 王亚辉 主编第十八章弹簧.doc

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1、授课题目：第十八章弹簧第一节概述第二节圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算授课方式（请打√）理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2教学大纲要求：了解弹簧的类型和应用和圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造掌握圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解弹簧的类型和应用和圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造；掌握圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算教学重点及难点：重点掌握圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算作业、讨论题、思考题：18-1～18-4课后总结

2、分析：弹簧的类型和应用圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造掌握圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算教学内容备注第十八章弹簧第一节概述1．弹簧的功用1）缓冲和吸振，2）控制机构的运动3）贮存和输出能量，4）测量力和力矩2．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，而按照弹簧的形状不同，又可分为螺旋弹簧、板簧和盘簧等。载荷简图说明拉伸拉伸弹簧此弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最为广泛。压缩圆截面压缩弹簧此弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最为广泛。变节距压缩弹

3、簧此种弹簧所受的载荷增大到一定程度后，随着载荷的增加，其弹簧圈会由小节距依次逐渐并紧。这种弹簧具有较好的减振和防振作用。常用于高速、变载荷的机构。圆锥螺旋弹簧此种弹簧防振能力比变节距压缩弹簧强，结构紧凑，稳定性好。多用于需承受较大轴向载荷以及需减振的场合。碟形弹簧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。截锥涡卷弹簧比圆锥螺旋弹簧吸收的能量大，但制造困难，只在空间受限制时，用以代替圆锥螺旋弹簧。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。扭转扭转弹簧结构简单，主要用于

4、各种机械装置中的压紧和储能。平面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弯曲板簧此种弹簧变形大、吸振能力强，主要用于各种车辆的缓冲和减振装置3.弹簧的材料材料和制造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。几种主要弹簧钢丝的抗拉强度σb值见表18—2，弹簧材料的许用应力见表18—3。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。第二节圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算形式1.圆柱螺旋弹簧的结构形式：YⅠ型、YⅢ型和YⅡ型

5、三种(a)YⅠ型(b)YⅡ型(c)YⅢ型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(a)(b)(c)(d)图18—1圆柱螺旋拉伸弹簧的端部结构形式(a)LⅠ型（半圆钩环）(b)LⅡ型（圆钩环）(c)LⅦ型（可调式拉簧）(d)LⅧ型（两端具有可转钩环）2.圆柱螺旋压缩弹簧的参数尺寸及特性曲线1）圆柱螺旋弹簧的主要参数圆柱螺旋弹簧的主要参数有：簧丝直径d、弹簧中径D2、节距t、螺旋升角α、工作圈数n、弹簧刚度k及旋绕比C等。弹簧刚度和旋绕比是弹簧的两个重要参数。3)圆柱螺

6、旋压缩弹簧的设计计算a．弹簧丝直径的计算圆柱形螺旋压缩弹簧，承受轴向工作载荷F。由截面法分析可知弹簧丝截面受到剪力及扭矩，扭矩引起的剪切应力为若考虑到剪力引起的剪切应力和弹簧丝呈螺旋状曲率的影响，最大剪应力发生在弹簧内侧，其数值与强度条件应为≤式中：K弹簧曲度系数，，K也可以直接从表中查出，C越大，K对的影响越小。d≥按上式求弹簧丝直径时，因旋绕比C和许用应力[τ]均和直径d有关，故需经试算后才能求得弹簧丝的直径d。b．弹簧圈数及刚度的计算弹簧圈数n的确定和弹簧的变形有直接的关系，圆柱弹簧受载后的轴向变形量式中，n为

7、弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。弹簧的圈数和刚度分别为当弹簧的有效圈数n＜15时，取n为0.5的倍数；当n＞15时，则取n为整圈数，为了保证弹簧具有稳定的性能，一般弹簧的有效圈数最少为2圈。C值大小对弹簧的刚度影响很大。若其他条件相同时，C值越小的弹簧，刚度也越大，弹簧也越硬；反之则越软。不过，C值越小的弹簧卷制越困难，且在工作时会引起较大的切应力。此外，弹簧刚度还和G、d、n有关，在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。c．稳定性对于压缩弹簧，如果圈数较多，弹簧高径比过大，承压时会丧失稳定，为了稳定性和便于

8、制造，高径比应满足下列要求：（1）当两端固定时，≤5.3；（2）当一端固定，另一端自由转动时≤3.7；（3）当两端自由转动时≤2.6；如果高径比超出上述数值，又不能修改有关设计参数时，则应采取图或图所示的措施，以保证压簧的稳定形。