第4章弹簧.ppt

* SEU-QRM Springs 第14章 弹簧 14.1 概述 14.2 弹簧的材料及制造 14.3 圆柱拉簧的设计 14.1 概述 弹簧在产品中的应用示例a)汽车底盘上的叠板弹簧 b)气门弹簧 c)棘轮机构里的片簧 d)条盒转动式发条弹簧 e)电表中的测量弹簧 f)弯片弹簧触点 g)压注油杯 h)油路阀门 i)弹簧夹子 14.2 弹簧的材料和制造 材料要求——具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等，冷拔钢有均匀的硬度和良好的塑性。 主要弹簧材料及其使用性能——表14.2 许用应力与?B有关 实践中应用最广泛的材料——弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。 碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限, ?B——表14.3 与弹簧丝直径d有关 14.2.1 弹簧材料 * 14.2.1 材料选择 应考虑的因素——弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等，以便使选择结果与实际要求相吻合。 钢是最常用的弹簧材料。 当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。 此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。 20.2.3 弹簧制造 螺旋弹簧的制造工艺过程——①绕制；②钩环制造；③端部的制作与精加工；④热处理；⑤工艺试验等，重要的弹簧还要进行强压处理。 螺旋弹簧的绕制方法——冷卷法与热卷法 冷卷——簧丝直径d?8mm。卷成后只须低温回火以消除内应力。 热卷——簧丝直径较大(d8mm)。卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。 对于重要的弹簧，还要进行工艺检验和冲击疲劳等试验。 为提高弹簧的承载能力，可强压处理(受载6～48h)。 Plain ends ground. 磨平 A variety of end treatments or Types of ends—— 圆柱压簧端部形式 (端部并紧不磨平) Both ends squared. Closed and ground ends. 端部并紧磨平 14.3 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计 14.3.1 圆柱弹簧的参数及几何尺寸 圆柱弹簧的主要尺寸—— D D2 d t H0 D1 ? D D2 d t H0 D1 ? 弹簧丝直径(wire dia.), d 弹簧圈外径(outside dia.), D 弹簧圈内径(inside dia.), D1 弹簧圈中径(mean dia.), D2 节距(pitch), t 螺旋升角(pitch angle), ? 自由长度(free length), H0 * D D2 d t H0 D1 ? ? 弹簧的自由长度(free length) —— Both ends closed and ground 两端并紧磨平 Closed ends, not ground 两端并紧不磨平 弹簧螺旋升角(pitch angle)—— 通常取?=5~9? 弹簧丝长度(entire length)—— * 弹簧的特性曲线应绘制在弹簧的工作图上，作为检验与试验的依据之一。同时还可在设计弹簧时，利用特性曲线进行载荷与变形关系的分析。 按照结构型式不同，常见的弹簧特性曲线有四种。 14.3.2 弹簧特性曲线 压缩弹簧的特性曲线 螺旋拉伸弹簧的特性曲线 14.3.3 弹簧的受力和应力 D2/2 ?max A C=D2/d ——旋绕比是最重要的参数之一。 C愈小，其刚度愈大，弹簧愈硬，弹簧内外侧的应力相差愈大，材料利用率低；反之弹簧愈软。常用弹簧指数的选取参见表14.6。 引入曲度系数K——考虑了弹簧丝曲率和切向力对扭应力的影响。 一定条件下簧丝直径 14.3.4 弹簧的变形和刚度 n——弹簧的有效圈数； G——弹簧的切变模量，表14.2 弹簧的圈数及刚度分别为 讨论： ① 在D2 、d相同时，弹簧刚度k与有效圈数n成反比，即圈数越少弹簧越“有劲”，而圈数越多 的弹簧越“软”。 ② 在D2 、n相同时，弹簧刚度k与簧丝直径的四次方d4成正比。因此，簧丝直径只有少许增加，弹簧刚度就有相当大的提高。 ③ 在d 、n相同时，弹簧刚度k与弹簧中径的三次方D23成反比。因此，弹簧中径略有增加，弹簧刚度就会有可观的下降。 ① 选择簧丝材料，弹性模量G就确定了。② 根据弹簧的空间条件初步选择弹簧的中径D2 。③ 参考表14.6初步确定弹簧指数C与弹簧丝直径d 。 注意两点：第一，C 、d 两个参数是同时确定的， 第二，初步选择弹簧指数C时，宜在表14.6中取