《机械设计》课程第11章 弹簧.pptVIP

重点与难点 弹簧的应力、变形及圆柱形螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算。 教学基本要求 1．了解弹簧的功用、类型、结构、材料与制造； 2．掌握弹簧的应力、变形及特性曲线； 3．掌握圆柱形螺旋弹簧的设计计算。 第11章 弹 簧 11.1.1弹簧的功用 1 缓冲及吸振 2 控制运动 3 储存能量 4 测力 11.1 概述 第11章 弹 簧 11.1.2 弹簧的类型 1 按受力不同： 压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧 2 按外形不同 螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧 11.2 圆柱螺旋弹簧的材料、结构与制造 2 ) 常用材料 碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢、有色金属等 11.2 .1 弹簧材料及许用应力 弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关(见表) (1) 较高的弹性极限和疲劳极限 (2) 良好的韧性及热处理性能。 1 弹簧材料 1) 对弹簧材料的要求 2 许用应力 表11.1 弹簧材料及许用应力 类 别 代 号 许用应力[?](MPa) 推荐硬度 （HRC） 推荐使用 温度(?C) 特性及用途 I类 II类 III类 钢 丝 碳素弹簧钢丝B、C、D级 0.3?B 0.4?B 0.5?B — -40～120 强度高、加工性能好，适用于小尺寸弹簧 65Mn 60Si2Mn 480 640 800 45～50 -40～200 弹性好，适用于大载荷弹簧 60Si2MnA 480 640 800 -40～200 50CrVA 450 600 750 -40～200 疲劳性及淬透性好 不锈 钢丝 1Cr18Ni9Ti 330 440 550 -250～290 耐腐蚀性好，适用小尺寸簧弹 4Cr13 450 600 750 48～53 -40～300 铜 合 金 QSi3-1 270 360 450 90～100 (HB) -40～120 耐腐蚀性好，防磁 性好，弹性好 QBe2 360 450 560 37～40 -40～120 11.2．2圆柱形螺旋弹簧的结构 1.压缩弹簧 2.拉伸弹簧 11.2 .3 螺旋弹簧的制造 螺旋弹簧的制造过程主要包括： 1 ) 卷绕 冷卷 弹簧丝直径较小，低温回火 热卷 弹簧丝直径较大，淬火及回火 2 ) 钩环的制作或两端的加工 3 )热处理 4 )工艺试验。 强压处理是指将弹簧预先压制到超过材料的屈服极限，并保持一段时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应力方向相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应力，可提高弹簧的承载能力 11.3 圆柱形螺旋拉压弹簧的设计计算 11.3.1圆柱螺旋弹簧的几何尺寸 11.3.2 圆柱螺旋拉压弹簧的特性线 1．压缩弹簧的特性线 表示弹簧载荷与变形之间关系的曲线称为弹簧特性线。 2．拉伸弹簧的特性线 11.3.3圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧的应力及变形 1．弹簧的应力 11.3.3圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧的应力及变形 由材料力学，圆柱形拉压弹簧受载荷后轴向变形量： 2 弹簧的变形 定刚度的压缩和拉伸弹簧的刚度为 表15.4 圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算 参数名称 及其代号 单 位 计 算 公 式 备 注 压缩弹簧 拉伸弹簧 弹簧丝直径d mm 根据强度条件计算确定 弹簧外径D mm D=D2+d D2弹簧中径 弹簧内径D1 mm D1=D2-d 节距t mm t=(0.28～0.5)D2 t=d 工作圈数n 根据工作条件确定 总圈数n1 n1=n+(1.5～2.5) n1=n 自由高度H0 mm 两端磨平 H0=nt+(n1-n-0.5)d 两端不磨平 H0=nt+(n1-n+1)d H0=nt+挂钩轴向尺寸 间 距? mm ? = t - d, t ??max / n + 0.1d 螺旋升角? （?） 对压缩弹簧推荐： ?=5?～9? 弹簧丝展开长度L mm L=?D2n1/cos? L=?D2n1+挂钩展开长度 11.4 圆柱形拉压弹簧的设计计算 11.4.1 圆柱螺旋弹簧的结构与几何尺寸 1 圆柱螺旋弹簧的结构 1) 压缩弹簧 弹簧两端并紧，不参与弹簧变形，只起支承作用，称死圈 拉伸弹簧用圆形簧丝卷绕而成，在卷制时各圈相互并紧 2) 拉伸弹簧 2 几何尺寸 (见表) 2) 拉伸弹簧 有初应力（图15.6 b） 无初应力（图15.6 a） 1、已知条件 2、设计步骤： 1）根据工作条件选定弹簧材料并求许用应力； 2）选择旋绕比C、计算曲度系k1； 3）强度计算 1）弹簧受的最大工作载荷F2 2）相应的弹簧压缩变形量? 3）其他要求（如空间位置要求、工作温度等） 11.3.4圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的设计计算 4）刚度计