矿物加工机械设计基础课件 八 弹簧、钢丝绳与结构件.ppt

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1、第八章弹簧、钢丝绳与结构件弹簧是最常见的弹性件;钢丝绳是最基本的起重件;结构件是机器的基础构件，具有支承、约束、容纳其它零部件的功用，或兼有封闭、盛储、集料以及其它功用。1弹簧在外力作用下能产生很大的弹性变形，实现机械功或动能与变形能之间的转换。弹簧的主要用途如下：（1）缓冲及吸振；（2）控制运动；（3）测量力或扭矩的大小；（4）储存及输出能量。第一节弹簧的功用、类型和特点2表8-1弹簧的主要类型和特点3续表8-1弹簧的主要类型和特点4图8-1橡胶弹簧与复合弹簧的常见类型（a）实心圆柱形，压缩；（b）空心圆柱形，压缩；（c）与内、外钢套配合，剪切；（d）外双锥形，剪切；

2、（e）内双锥形，扭转；（f）与螺旋弹簧复合，压缩；5橡胶弹簧的主要特点：1）形状不受限制（由模具确定），各个方向的刚度可以根据需要自由设计。改变弹簧的结构形状即可改变其刚度。2）橡胶的弹性模量比金属小，故可得到较大的弹性变形，容易实现理想的非线性特性。3）具有较高的阻尼，对于受突然冲击和高频振动的吸收以及隔声具有良好的效果。4）同一弹簧能同时承受多向载荷，这对振动机械弹簧在轴向及横向均有载荷分量时非常有利。5）其破坏过程是渐进的，不会像金属弹簧那样发生突然断裂而造成事故。6）耐高、低温性和耐油性比金属弹簧差。6一、金属螺旋弹簧的材料弹簧常受变载荷或冲击载荷作用，为了保证

3、弹簧能可靠地工作，弹簧材料必须具有较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能。常用的弹簧材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金等。第二节金属圆柱螺旋弹簧7表8-2弹簧常用材料及性能8弹簧材料的许用切应力[τ]与弹簧的材料、类型、载荷性质及弹簧钢丝的尺寸等有关。通常按载荷性质及重要程度将弹簧分为三类：Ⅰ类—受变载荷作用次数在106次以上或重要的弹簧，如内燃机气门弹簧等；Ⅱ类—受变载荷作用次数在103、105次及受冲击载荷的弹簧，如调整器弹簧、车辆弹簧等；Ⅲ类—受变载荷作用次数在103次以下的弹簧及受静载荷的弹簧，如一般安全阀弹簧等。9图

4、8-2圆柱螺旋弹簧三、圆柱螺旋弹簧的结构与特性1、圆柱螺旋弹簧的结构和尺寸螺旋弹簧的制造工艺包括卷制、挂钩制作（拉簧）或端面圈加工（压簧）、热处理、工艺试验等过程，特别重要的弹簧还要进行强化处理。二、金属螺旋弹簧的制造10表8-3圆柱螺旋弹簧结构尺寸计算公式112、圆柱螺旋弹簧的特性曲线弹簧在弹性范围内，其变形量与载荷成正比，载荷与变形之间的关系曲线，称为弹簧的特性曲线。特性曲线是设计和生产中进行检验和试验的依据。圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的特性曲线是相同的，现以圆柱螺旋压缩弹簧为例进行分析。自由高度为H0，初始载荷Fmin，最大工作载荷Fmax，工作行程h=λmax－λm

5、in，极限载荷Flim。图8-3圆柱螺旋压缩弹簧及其特性曲线12压缩弹簧的最小工作载荷通常取为Fmin=（0.1～0.5）Fmax，但对有预应力的拉伸弹簧Fmin>F0，F0为具有预应力的拉伸弹簧开始变形时所需的初拉力。弹簧的最大工作载荷Fmax由工作条件决定，但应小于极限载荷，通常取Fmax≤0.8Flim。图8-3表明，等距圆柱螺旋弹簧所受轴向力与弹簧的变形量呈直线关系，这种特性称为线性特性，即：（8-1）式中：k称为弹簧刚度，其意义是弹簧产生单位变形量所需施加的载荷。13四、圆柱螺旋弹簧的设计计算1、弹簧的强度计算图8-4圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析弹簧丝的横

6、截面上作用着剪力F和扭矩。扭矩T在截面上引起的最大切应力为：考虑到剖面上有剪力F作用，还要考虑弹簧丝曲率对应力的影响，实际最大切应力应为：14强度校核公式：式中，K为曲度系数（补偿系数）；C为旋绕比（弹簧指数）C=D2/d15旋绕比C表示弹簧刚度的大小。当D2相同时，C值小，必然钢丝直径d大，则弹簧较硬（刚性大），卷绕成型困难；反之，C值大，弹簧刚性小。C值过大，弹簧易出现颤动。故C值不能过大，也不宜过小。故旋绕比C应在4～14之间，常用的范围为5～8。弹簧丝直径d（单位为mm）的设计公式为:弹簧丝直径d按手册取标准值。162、弹簧的刚度计算圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧在轴

7、向载荷F作用下引起的轴向变形量λ（单位为mm），由材料力学知：式中：n为弹簧的工作圈数；G为弹簧材料的弹性模量，见表8-2。由上式可求出弹簧工作圈数。弹簧产生单位变形所需的载荷称为弹簧刚度，用k表示，由式（8-6）得：从上式可知，C值愈小，n愈小，则弹簧的刚度愈大，弹簧愈硬。173、弹簧的稳定性计算为了保证压缩弹簧能正常工作，其稳定工作条件为：b为高径比；[b]为许用高径比。图8-5压缩弹簧的稳定性两端固定的弹簧，[b]＝5.3；一端固定另一端自由转动，[b]＝3.7。当b>[b]时，应重选弹簧参数，或由于条件限制不能改变参数时，则应加装