机械设计基础李建功第15章弹簧课件教学.pptVIP

第十五章 弹簧 §15-1概述 概述2 §15-2圆柱螺旋弹簧的结构材料制造1 螺旋弹簧的结构材料制造2 螺旋弹簧的结构材料制造3 §15-3圆柱螺旋弹簧的设计计算1 圆柱螺旋弹簧计算2 圆柱螺旋弹簧计算3 圆柱螺旋弹簧计算5 圆柱螺旋弹簧计算6 圆柱螺旋弹簧计算7 受变载荷螺旋弹簧的计算3 其它弹簧 螺旋弹簧插图 压缩弹簧插图 其他弹簧插图 * §15-1 概述 §15-2 圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造 §15-3 圆柱螺旋弹簧的设计计算 §15-1 概 述 一、弹簧的功用 　　弹簧是一种弹性的元件，它具有刚度小、变形大、在载荷作用下易产生较大弹性变形等特点，在各类机械中应用十分广泛。 二、弹簧的分类 按弹簧承受的载荷分： 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 弯曲弹簧 按弹簧的形状分： 　　螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用最广。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。 　　弹簧的主要功用有：控制机构的运动、缓冲和减振、储存能量、测力 以及改变机器的自振频率等。 螺旋弹簧 碟形弹簧 板簧 盘簧等 环形弹簧 各类弹簧 （详见表15－1） 三、弹簧特性线 弹簧特性线：是表示弹簧载荷和变形之间关系的曲线。 弹簧刚度：弹簧产生单位变性所需要的载荷。 在数值上，弹簧刚度等于弹簧特性线上某点的斜率。 弹簧特性线有：直线型、刚度渐增型、刚度渐减型或几种的组合。 概 述 弹簧刚度 式中：F－弹簧所受的载荷（N）； λ－弹簧的变性量（mm）。 直线型特性线弹簧具有不变的刚度；非直线性特性线弹簧具有变刚度，称为变刚度弹簧。 §15-2 圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造 一、圆柱螺旋弹簧的结构 圆柱螺旋压缩弹簧 圆柱螺旋拉伸弹簧 详细介绍 详细介绍 　 圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造 二、弹簧的材料及许用应力 　　为了使弹簧能够可靠地工作，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，以及良好的可热处理性。　 　　选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。 1）碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜，但弹性极限低； 低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹； 硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好； 铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的 场合。 　 2）合金弹簧钢 3）特殊钢、铜合金和非金属材料等 （详见表15－2） 三、圆柱螺旋弹簧的制造 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。 螺旋弹簧的制造工艺包括： 圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造 弹簧材料的许用应力与弹簧的类型、材料的力学性能、簧丝直径和载荷性质等有关，见表15－2。 卷制分为： 冷卷：用于簧丝直径 d＜8～10mm的弹簧。 热卷：卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。 强压处理可以提高弹簧的承载能力。 一、几何参数计算 §15-3 圆柱螺旋弹簧的设计 　　普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有： 压缩弹簧 拉伸弹簧 外径 D 中径 D2 内径 D1 节距 t 螺旋升角 ? 弹簧丝直径 d 有效圈数 n 总圈数 n1 自由高度或长度 H0 旋绕比 C＝D2/d 圆柱螺旋弹簧的设计计算 二、圆柱螺旋弹簧的承载过程 在弹簧的工作图中，应绘制弹簧特性线描述弹簧的承载过程。 拉伸弹簧特性线 压缩弹簧特性线 圆柱螺旋弹簧的几何尺寸公式见表15－4。 Fmin－安装时弹簧所受的力，称为弹簧的最小载荷。 Fmax－工作中弹簧所受的最大工作载荷 。 Fj －使簧丝内应力达到弹性极限的载荷，称为弹簧的极限载荷。 Fmin、Fmax 、Fj 作用下弹簧的高度或长度分别用H1、H2、H3表示。相应的变形量分别用λmin、λmax、λj 表示。 显然有 通常，取 Fmin=（0.1～0.5）Fmax； 取 Fmax≤ 0.8Fj 。 圆柱螺旋弹簧的设计计算 三、强度计算 圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的截面上主要受到横向剪力F 和扭矩T=FD2 / 2。下面以压缩弹簧承受轴向载荷的情况进行分析。 由于螺旋弹簧的簧丝是曲杆，受轴向载荷 F 作用时，将在簧丝内侧产生最大切应力。 式中：K—曲度系数 ； C—旋绕比，见表15－5。 圆柱螺旋弹簧的设计计算 强度条件： 设计式： 四、变形计算 圆截面簧丝螺旋弹簧在轴向载