第十六章 弹簧

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十六章 弹 簧,16-1,概 述,1.,控制机构的运动,或零件的位置,2.,缓冲及减振,3.,储存及输出能量,4.,测量力和力矩,一、弹簧的功用,进汽口,排汽口,火花塞,按受力性质分：,压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。,二、弹簧的基本类型,（见表,16-1,）,按形状分：,螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘弹簧和板弹簧。,弹簧特性曲线,表示弹簧载荷与变形量之间的关系曲线。,弹簧刚度,弹簧的载荷变化量与变形变化量之比，以,k,表示。,拉压弹簧,扭转弹簧,弹簧特性线呈直线的，其刚度为常数，称为,定刚度弹簧,；,当特性线呈折线或曲线时，其刚度是变化的，称为,变刚度弹簧,。,常见弹簧的种类及特性曲线,1.,弹簧特性线和刚度,三、弹簧的工作原理,2.,变形能,加载过程中弹簧所吸收的能量称为变形能。,对于拉、压弹簧,对于扭转弹簧,加载与卸载特性线所包围的面积即代表消耗的能量,U,0,，,U,0,越大，说明弹簧的吸振能力越强。,U,0,与,U,之比值称为阻尼系数。,16-2,圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料,1.,压缩弹簧,弹簧两端的端面圈与邻圈并紧，不参与弹簧变形，只起支承的作用，俗称死圈。,一、圆柱螺旋弹簧的结构,2.,拉伸弹簧,如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此时弹簧各圈应互相并拢。拉伸弹簧分无初拉力和有初拉力两种。,拉伸弹簧的端部结构形式,二、圆柱螺旋弹簧的制造,制造工艺：,1.,卷制,冷卷法,:,弹簧丝直径较小，低温回火,热卷法,:,弹簧丝直径较大，淬火及回火,2.,挂钩的制作或端面圈的精加工,3.,热处理,4.,工艺试验及强压处理,三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力,1.,弹簧的材料,弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限，足够的韧性和塑性，良好的热处理性能。,常用的弹簧材料有：,碳素弹簧钢,:,如,60,、,75,、,65Mn,等,合金弹簧钢,:,如,60Si2MnA,、,50Cr-VA,不锈钢,:,如,1Cr18Ni9,铜合金,:,如,QBe2,非金属,:,如,橡胶,、,塑料,弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关，见表,16-2,。,2.,弹簧的许用应力,16-3,圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算,一、基本参数及其选择,圆柱螺旋弹簧的主要参数有：,簧丝直径,d,，,表,16-5,标准系列,弹簧中径,D,，,表,16-5,标准系列,内径,D,1,，,D,=,D,-,d,外径,D,2,，,D,2,=,D,+,d,弹簧节距,p,，,tan,=,p,/,D,螺旋升角,，,5,9,旋绕比,C,，,C=D/d,查表,16-6,其他参数：,n,（有效圈数）,、,H,0,（自由高度）,查表,16-5,二、弹簧特性曲线,无载荷：弹簧为不受力状态，弹簧的自由高度为,H,0,初始载荷,F,min,:,弹簧的最小载荷,弹簧压缩到,H,1,相应变形为,min,F,max,：弹簧的最大工作载荷，弹簧压缩到,H,2,，相应变形为,max,弹簧的工作行程,h,：,max,与,min,之差或,H,1,与,H,2,之差,F,lim,：弹簧的工作极限载荷，,lim,为极限变形量,一般要求：,F,min,（,0.1 0.5,）,F,max,F,max,0.8,F,lim,1.,压缩弹簧,2.,拉伸弹簧,三、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算,1.,弹簧受力分析,压缩弹簧承受轴向载荷,F,的作用；,簧丝剖面,A-A,上,作用着横向剪力,F,和扭矩,T,；,现取垂直于簧丝轴线的剖面,B-B,。,曲度系数,2.,弹簧应力,B-B,剖面上弹簧应力：,结论：,1,）弹簧最大切应力发生在弹簧丝剖面内侧,m,点,2,）弹簧强度条件：,以此按强度确定弹簧簧丝直径,d,，试算值 。,(16-2),(16-3),(16-4),四、弹簧的刚度计算,确定弹簧的圈数,1.,弹簧的变形,1,）对于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧,2,）对于有预应力的拉伸弹簧,(16-5),(16-6),(16-7),初拉力的计算,(16-8),初应力,0,的,值查图,16-9,2.,弹簧刚度和圈数,结论：,C,越小，刚度越大，弹簧越硬，卷制越难,C,越大，刚度越小，卷制容易,但弹簧应力增大,1,）对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧,2,）对于有预应力的拉伸弹簧,(16-9),(16-11),(16-11),当弹簧两端固定时，,b,5.3,；,当弹簧一端固定，一端自由转动时，,b,3.7,；,当弹簧两端自由转动时，,b,2.6,。,F,c,临界稳定载荷；,F,c,=,C,u,k,F,H,0,C,u,不稳定系数，查图,16-11,；,k,F,弹簧刚度。,为保证弹簧的稳定性必须满足,F,c,F,max,。,若高径比不满足要求，结构上又不允许,加装导杆或导套,，则必须进行稳定性计算，其临界稳定载荷：,压缩弹簧的自由高度,H,0,与中径,D,之比称为高径比，以,b,表示：,3.,弹簧的稳定性验算,16-4,圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算,一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线,扭转弹簧的特性如左图，呈螺旋形，两端带有杆臂或挂钩，自由状态下，各弹簧圈间留有少量间隙。扭转弹簧的特性线见右图。,二、圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算,扭转弹簧曲度系数,圆柱螺旋扭转弹簧钢丝剖面中的应力，可近似地看作弯曲梁进行计算,:,最大扭转角,扭转弹簧的刚度,工作圈数：,(16-18),C,取,416,(16-19),(16-20),簧丝直径：,(16-21),(16-22),16-5,其它类型弹簧简介,平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧，它的结构是按阿基米德螺线形成的，如左图。平面蜗卷形盘簧特性曲线如右图。,一、平面蜗卷形盘簧,环形弹簧是由若干具有配合锥面的内、外圆环相互叠合而组成的一种压缩弹簧，如左图。,二、环形弹簧,环形弹簧的特性曲线图,碟形弹簧又称别氏弹簧，弹簧呈截锥形碟形，只能承受轴向载荷，如上图。碟形弹簧的特性曲线如右图。,三、碟形弹簧,碟形弹簧一般成组使用。碟形弹簧的组合方式有两种，如左图,对合式碟形弹簧，右图,叠合式碟形弹簧。,板弹簧,圆柱螺旋弹簧,圆锥螺旋弹簧,碟形弹簧,环形弹簧,盘弹簧,