机械工程设计图学 下册 第2版 教学课件 作者 刘申立 邵建敏 纪莲清编 第十章 弹簧.pptVIP

* 第十章 弹 簧 第一节 概 述 第二节 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧 的设计计算 第一节 概 述 功用：储能、减震、夹紧或测力。 按形状分类 1 圆柱螺旋弹簧 2 板弹簧 3 碟形弹簧 4 环形弹簧 5 盘形弹簧 普通圆柱螺旋弹簧最为常见。根据受力不同，圆柱螺旋弹簧又分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧等，如图10－1所示。 图 10-1 圆柱螺旋弹簧 压缩弹簧 b) 拉伸弹簧 c)扭转弹簧 1 圆柱螺旋 弹簧 2 板弹簧 4 环形弹簧 3 碟形弹簧 5 盘形弹簧 c 扭转弹簧 b 拉伸弹簧 a 压缩弹簧 图 10-2 压缩弹簧各部分 的名称和尺寸 （1）弹簧丝直径d 制 造弹簧用的钢丝直径。 （2）弹簧的外径D、内 径D1和中径D2 其中D=D2+d；D1=D2-d ；中径 D2=Cd，C为弹簧的选绕比（也称弹簧指数。 (3) 工作圈数n、支承圈数n2和总圈数n1 n1=n+n2。 如图10－2所示，压缩弹簧各部分的名称为： (6) 展开长度 L 制造弹簧时所需钢丝的长度。 圆柱螺旋弹簧的结构尺寸及计算公式见表10－1。 (5) 自由高度 H0 不受外力作用时的弹簧高度。 (4) 节距P 相邻两工作圈上对应点之间的轴向离 。 表10-1 圆柱螺旋弹簧的结构尺寸计算公式 ① δ为弹簧在最大工作载荷 F时，相邻两圈弹簧丝之间的间隙，通常取δ≥0.1d 。 L≈?D2 n+钩环展开长度 簧丝展开长度L 不磨平端：H0＝ np + （n2＋1）d H0＝ np + 挂钩尺寸 磨平端：H0＝ np + （n2-0.5）d 自由高度H0 一般为5°～9° 螺旋升角? P = d ① 节距p N1 = n n1=n+n2 总圈数n1 0 1.5～2.5 支承圈数n2 由刚度计算确定 工作圈数n D1= D2 －d 弹簧内径D1 D= D2 +d 弹簧外径D D2=Cd C为旋绕比 弹簧中径D2 由强度计算确定 弹簧丝直径d 拉伸弹簧 压缩弹簧 尺寸名称及代号 第二节 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的 设计计算 一、弹簧的材料 弹簧通常是在变载荷和冲击载荷下工作，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，且应具有足够的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能。 常用的弹簧材料：碳素钢（如60、70、75等优质碳素钢）、合金钢（如低锰弹簧钢65Mn、硅锰弹簧钢60Si2Mn）、不锈钢和铜合金。 二、弹簧的特性曲线 弹簧在工作寿命内应具有良好的弹性，且不允许产生永久变形。因此在设计弹簧时，一定要使其工作应力在弹性变形范围内，其变形量和载荷成正比。 表示弹簧工作过程中载荷与变形之间的关系曲线，称为弹簧的特性曲线，如图10－3所示。 图10－3中有关参数的含义和关系如下： 弹簧未受载荷时的自由长度为H0。工作前在弹簧上加一初始载荷F1时，弹簧的长度被压缩到H1，压缩变形量为 。 图 10-3 圆柱螺旋压缩弹簧及其特性曲线 注意：弹簧在Fmax作用下， 弹簧丝内的最大应力不应超过 材料的许用应力。 当弹簧工作时，在最大载 荷Fmax作用下弹簧的长度被压缩 到H2 ，压缩变形量 ,则弹簧的工作行程。 。 当载荷增加到极限载荷Flim时弹簧高度为H3 ，此时压缩量为 。 返回 压缩弹簧的初始载荷通常取为F1=（0.1～0.5）Fmax，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。 三、弹簧的强度计算 弹簧的强度计算指根据弹簧的受力、变形以及结构要求等确定弹簧丝的直径d 等参数。 弹簧的特性曲线应绘在弹簧零件工作图中。 图10－4a所示为一 圆柱螺旋压缩弹簧，承 受轴向载荷F ，由于弹 簧螺旋升角不大，可以 近似认为F与弹簧端面垂 直，且在通过弹簧轴线 的断面上弹簧丝的法向 断面成圆形，在此断面上 作用有剪力F和扭矩T=FD2 /2，二者合成后的切应力简图如10－4b所示。 图 10-4 圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析 由于弹簧丝是绕成弯曲形状，故根据材料力学弯曲理论来求其应力： 将旋绕比C=D2/d代入式（10－1）中，得弹簧丝直径的设计公式为： （10-3） ≥ （10-2） ≤ （10-1） 式中 F——最大轴向工作载荷，单位为N； [τ