精密机械第三章第二节详解.ppt

螺旋弹簧的许用应力 螺旋弹簧的许用应力 螺旋弹簧的许用应力 确定弹簧参数，如 、 、 等。 已知条件：最大工作载荷 和最大工作变形量 ，其它 要求(如工作温度、安装空间的限制等)。 螺旋拉（压）弹簧的设计 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) 压簧、扭簧——不发生失稳 设计任务： 计算步骤： 1)、选择弹簧材料及结构形式； 3)、根据安装空间初设弹簧中径D2，由C值估取弹簧丝直径d， 并查取弹簧丝的许用应力 ； 4)、试算簧丝直径： ，如果 ， 则d可作为初选值。 2)、选择旋绕比 C，通常 C ＝4～16，并算出曲度系数k值； 螺旋拉（压）弹簧的设计 5)、根据变形条件求出弹簧工作圈数： 对于有预应力的拉伸弹簧： 对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧： 7)、检查D2、D1、H0是否符合安装要求等。 6)、确定弹簧节距 ： 螺旋拉（压）弹簧的设计 拉伸弹簧： 压缩弹簧： 或 【例1】已知一圆柱螺旋压缩弹簧承受的最大工作载荷 F2＝ 450N，中径 D2＝35mm，弹簧丝直径d＝5mm，弹簧材料为 Ⅰ类碳素弹簧钢丝。问该弹簧能否在变载荷下长期工作。 由C＝7，计算得曲度系数K＝1.21，最大切应力τmax 为： 例题 (1) 计算弹簧旋绕比 【解】 (2) 计算最大工作载荷时的最大切应力τmax * 第二节 螺旋弹簧 一、螺旋弹簧的功能和种类 二、圆柱螺旋压缩弹簧 1、特性线 2、强度计算 3、刚度计算 四、圆柱螺旋扭转弹簧 三、圆柱螺旋拉伸弹簧 4、稳定性计算 细长比与失稳 细长比b与支承的关系 不失稳条件 5、结构尺寸计算 余隙 死圈 结构尺寸及计算 五、螺旋弹簧的许用应力 六、螺旋拉（压）弹簧的设计 七、例题 The end 螺旋弹簧的功能和种类 螺旋弹簧是用金属线材绕制成空间螺旋线形状的弹性元件。 沿轴线方向的力或垂直于轴线平面内的力矩 弹簧两端 的相对位移。 功能： 螺旋弹簧的功能和种类 扭转弹簧 (torsion spring) (代号——N型) 螺旋弹簧簧丝的截面通常是圆形或矩形。 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 根据载荷作用方式的不同，有三种型式： 拉伸弹簧 (translation spring) (代号——L型) 压缩弹簧 (compression spring) (代号——Y型) 由机构工作条件决定，实用中，一般 不希望弹簧失去直线的特性关系。 最小载荷(安装载荷)： 特性线 特性线——作用载荷与变形的关系。 工作行程。 等节距圆柱螺旋弹簧的特性线是一条直线 式中 工作极限载荷。 最大载荷： 强度计算 压簧在轴向力 的作用，在圆形簧丝截面作用有转矩 ，产生扭转变形。 簧丝剖面产生的最大剪应力位于弹簧丝的内侧。 强度计算目的：定丝径 。 外侧 内侧 强度计算 式中 —— 旋绕比 (1) 外侧 内侧 当 d一定时，C↓，D2↓ ，弹簧丝弯曲越严重，弹簧越硬； C↑，D2↑，弹簧卷绕比较容易，但工作时因弹簧软而产生 颤动。 旋绕比C 重要的参数，直接影响弹簧的工作能力。 因此， 。 (2) 由式（2），可得弹簧丝直径的计算公式为 (3) 强度计算 实际设计采用试算法。 —— 许用剪应力 考虑到簧丝弯曲对应力的增大，引入系数 对 (1) 式加以修正， 得其强度条件为: 最大工作载荷 式中 曲度系数， 对于碳素弹簧钢丝，由于 随钢丝直径 的不同 而不同，故须用试算法： 先选取 值，然后确定 值，再按(3)式计算 ， 若 与 相差较大，则应重新选取 值，重复 上述计算，直至计算结果与选取的值相等或接近 为止。 (3) 试算法 刚度计算目的：定圈数(有效圈数)n。 刚度计算 弹簧刚度 弹簧的有效圈数 旋绕比 是影响弹簧刚度 的最重要因素，此外，弹簧刚度还 与 和 有关，欲调整弹簧刚度，应综合考虑这些因素的影响。 细长比与失稳 2 压簧的自由高度 和中径 之比称为细长比，即 当细长比 较大时，如果轴向载荷超过 一定值( )，弹簧会发生侧向弯曲，这 种现象称为压缩弹簧的失稳。 弹簧发生失稳，其刚度迅速下降，导致 弹簧无法工作，这是不允许的。 细长比 与支承的关系 当弹簧两端均为固定支座时，b5.3；图(a) (a) 支承越多，压簧越不容易失稳，细长比可取大一点。 当弹簧一端固定，另一端自由转动时， b3.7；图(b) 当弹簧两端均可自由转动时