第十六章弹簧设计.pptVIP

三、弹簧强度和刚度计算在设计圆柱螺旋弹簧时，通常根据强度准则确定弹簧的直径D和弹簧丝的直径d，根据刚度准则确定弹簧的工作n。由于圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的额工作载荷均沿弹簧的轴线作用，因此它们的应力和变形计算是相同的。下面就以螺旋圆柱压缩弹簧为例进行分析。第29页，共49页，星期日，2025年，2月5日1、弹簧中的应力如图所示为圆柱螺旋压缩弹簧，其中径为D2。在通过其轴线的剖面上，直径为d的弹簧丝剖面是椭圆形的。由于螺旋升角很小(α≤9o)，工程上可以近似地看作圆剖面。图16－8第30页，共49页，星期日，2025年，2月5日把弹簧地轴向载荷F移到这个剖面，剖面上作用有转矩和剪切力F。图16－8剪切力F所引起的剪切应力和转矩T所引起的最大剪切应力分别为：和第31页，共49页，星期日，2025年，2月5日所以，弹簧丝剖面上的最大剪切应力为：令C称为弹簧指数（又称为旋绕比）所以：第32页，共49页，星期日，2025年，2月5日最大剪切应力发生在弹簧丝的内侧处，如图所示。如果考虑螺旋升角和弹簧丝曲率等的影响，可以对上式进行修正，可以得到比较精确的计算公式:式中：K为应力修正系数（又称为曲度系数），其值为第33页，共49页，星期日，2025年，2月5日2、强度条件弹簧的强度条件为：≤[τ]式中：[τ]为许用剪切应力，单位MPa（GB/T1239.6-92）；F为弹簧的最大工作载荷，单位N；d为弹簧丝直径，单位mm。所以可以得到设计公式为：第34页，共49页，星期日，2025年，2月5日在应用上式时，一般弹簧指数C≥4，不同弹簧丝直径推荐使用的弹簧指数如下表：弹簧丝直径/mm0.2～0.40.5～11.1～2.22.5～67～1618～42C7～145～125～104～104～84～6第35页，共49页，星期日，2025年，2月5日第1页，共49页，星期日，2025年，2月5日弹簧是靠弹性变形来实现其功能的零件，它可以在载荷的作用下产生较大的弹性变形。在机械设备和仪器仪表中，弹簧的功能不同，其结构类型有很多种。圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的应用最广。本章主要介绍其结构、设计计算以及常用的弹簧特点和应用。第2页，共49页，星期日，2025年，2月5日§16.1弹簧的功能、类型及特性曲线弹簧在各类机械中的应用十分广泛，是一种常用的弹性零件，其主要功能有：1）缓冲吸振。例如汽车中的缓冲弹簧、铁路机车车辆的缓冲器、弹性联轴器中的弹簧等。这类弹簧具有较大的弹性变形，以便吸收较多的冲击能量。有些弹簧在变形过程中能依靠摩擦消耗部分能量以增加缓冲和吸振的作用。第3页，共49页，星期日，2025年，2月5日2）控制运动。例如内燃机的阀门弹簧，离合器。制动器和凸轮机构中的弹簧等。这类弹簧常要求在某变形范围内作用力变化不大。3）储存和释放能量。例如自动机床的刀架自动返回装置中的弹簧，经常开闭的容器中的弹簧，仪表和仪器中的发条等。这类弹簧既要求有较大的弹性，又要求有稳定的作用力。4）测量力和力矩的大小。例如测力器、弹簧秤中的弹簧等。这类弹簧要求有稳定的载荷－变形性能。第4页，共49页，星期日，2025年，2月5日弹簧的载荷－变形曲线称为弹簧特性曲线，特性曲线的形式与弹簧的结构有关。按照所承受载荷的不同，弹簧可以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种。按照弹簧的形状不同又可以分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧等。第5页，共49页，星期日，2025年，2月5日图16－11、等节距圆柱螺旋弹簧此种圆截面簧丝的圆柱形弹簧结构简单，制造方便。特性曲线呈线性，刚度稳定，应用最为广泛。第6页，共49页，星期日，2025年，2月5日图16－22、扭转圆柱螺旋弹簧主要用于各种装置中的压紧和蓄能。第7页，共49页，星期日，2025年，2月5日3、圆锥螺旋弹簧结构紧凑、稳定性好、多用于承受较大载荷和减振，其防共振能力比不等节距圆柱螺旋弹簧好。图16－3第8页，共49页，星期日，2025年，2月5日4、碟形弹簧缓冲及减振能力强。采用不同的组合可能得到不同的特性曲线。常用于重型机械的缓冲及减振装