弹簧习题与参考答案

习题与参考答案一、复习思考题。1 .弹簧有哪些功用？2 .常用弹簧的类型有哪些？各用在什么场合？3 .制造弹簧的材料应符合哪些主要要求？常用材料有哪些？4 .圆柱弹簧的主要参数有哪些？它们对弹簧的强度和变形有什么影响？5 .弹簧刚度K的物理意义是什么？它与哪些因素有关？6 .什么是弹簧的特性曲线？它在设计中起什么作用？7 .设计时，若发现弹簧太软，欲获得较硬的弹簧，应改变哪些设计参数？8 .圆柱螺旋弹簧在工作时受到哪些载荷作用？在轴向载荷作用下，弹簧圈截面上主要产生什么应力？应力如何分布？受压缩与受拉伸载荷时，应力状态有什么不同？9 .如何确定圆柱螺旋弹簧的许用剪切应力？用碳素弹簧钢丝制造弹簧时，其许用剪切应力值应如何确定？10 .设计弹簧时，为什么通常取弹簧指数C=416,弹簧指数C的含义是什么？11 .今有A、B两个弹簧，弹簧丝材料、直径d及有效圈数n均相同，弹簧中径Da大于D2B,试分析：1）当载荷P以同样大小的增量不断增大时，哪个弹簧先坏？2）当载荷P相同时，哪个弹簧的变形量大？12 .圆柱形拉、压螺旋弹簧丝最先损坏的一般是内侧还是外侧？为什么？13 .设计弹簧如遇刚度不足时，改变哪些参数可得刚度较大的弹簧？14 .怎样的装置可把一个圆柱形压缩弹簧作为拉伸弹簧使用？二、选择题1 .在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指。A弹簧外径与簧丝直径之比值。日弹簧内径与簧丝直径之比值。C弹簧自由高度与簧丝直径之比值。D弹簧中径与簧丝直径之比值。2 .圆柱拉伸(压缩)螺旋弹簧受戴后，簧丝截面上的最大应力是A扭矩T引起的扭切应力日弯矩M引起的弯曲应力bC剪力F引起的切应力D扭切应力和切应力之和C如取得太小，则3 .当簧丝直径d一定时，圆柱形螺旋弹簧的旋绕比A、弹簧尺寸大，结构不紧凑日弹簧的刚度太小C、弹簧卷绕有困难D簧丝的长度和重量较大d的确定主要依据弹簧的B、刚度条件DX变形条件4 .设计圆柱拉伸螺旋弹簧时，簧丝直径A稳定性条件C强度条件三、填空题1 .弹簧在工作时常受载荷或载荷作用。2 .弹簧的材料应具有足够的极限、极限、韧性和良好的性能。3 .常用的金属弹簧材料有、和等。4 .圆柱螺旋弹簧的制造工艺过程包括：(1) (2)(拉伸弹簧)(3)(4)5.弹簧指数C是设计中的重要参数。C值,弹簧刚度小，。C值弹簧刚度大。四、设计计算题1.一扭转螺旋弹簧用在760mm勺门上（题图）。当门关闭时，手把上加的推力才能把门2-打开。当门转到180后，手把上的力为。若材料的许用应力=1100N/mm,求：1）该弹簧的弹簧丝直径d和平均直径D2;2）所需的初始角变形；3）弹簧的工作圈数。题图2 .试设计一受静载荷的压缩螺旋弹簧。已知条件如下：当弹簧受载荷Fi=178N时，其长度H=89mnm当F2=1160时，H2=54mm该弹簧使用时套在直径为30mm勺芯棒上。现有材料为碳素弹簧钢丝，并要求所设计弹簧的尺寸尽可能小。3 .一拉伸螺旋弹簧用于高压开关中，已知最大工作载荷F2=2070N,最小工作载荷Fi=615N,60Si2Mn,载荷性质属于nFlim； 2）弹簧的工作行程。弹簧丝直径d=10mm外径D=90mm有效圈数n=20,弹簧材料为类。求：1）在F2作用时弹簧是否会断？该弹簧能承受的极限载荷1、某圆柱螺旋压缩弹簧的参数如下:D2=34mm d=6mmn=10,弹簧材料为碳素弹簧G=79X 103MPa弹簧指数钢丝，当最大工作载荷Fma尸100N,弹簧的变形量及应力分别是多少解答：1）弹簧的变形量：由表查得弹簧材料的切变模量C=D/d=34/6=,则弹簧的最大轴向变形量为:max8 8 100 5.6673 10 3.07mmGd79000 62）弹簧丝截面应力:曲度系数4c 14C 40.615C4 5.667 14 5.667 406丝 1.26925.667则弹簧丝内侧的最大应力为:8D2FmaxK1一d1.26928 34 10050.874MPa分析与思考：弹簧有哪些主要功用？试分别举例说明。2、设计一在变载荷作用下工作的阀门圆柱螺旋压缩弹簧（要求绘制弹簧零件工作图）。已知最小工作载荷Fmin=256N,最大工彳载荷Fmax=1280N,工作最小压缩变形量入min=4mm最大压缩变形量入max20mm弹簧外径X38mm载荷作用次数Nl105,一端固定，一端钱支支承。解答：1）选择材料，确定许用应力因弹簧在变载荷下工作，且NW105,故为n类弹簧，选择50CrVA为弹簧丝材料，由表查出，t590MPa,G79103MPa。2）初选弹簧指数C=5,则曲度系数K竺竺06竺1,314C4C45453）求弹簧丝材料直径1.6%右1280 1.31 51，6V590mm6.03mm取标准值d=6mm4）求中径：D2Cd5630mm外径：DD2d30636mm38mm,满足要求。5）求有效工作圈数n及总圈数n1G maxd8F79000 20 68 1280 537.5为保证两支承面与弹簧轴线垂直，弹簧两端各并紧一圈，则弹簧总圈数n1=n+2=+2=6）弹簧的几何尺寸及稳定性计算外径:D=36mm内径:D1D2 d3024mm节距:maxmax0.1d206 0.1 6 9.27mm7.5螺旋升角:arctanPD2arctan9.275.617自由高度:H 0 np1.5d取标准值:H0 = 80 mm307.5 9.27 1.56 78.52mm则修正无载荷作用下弹簧的螺旋升角为:5.736弹簧展开长度：L -D四30 9.5 900mmcoscos5.7366稳定性计算：高径比bH0802.673.7D230一般规定，当弹簧一端固定，另一端自由时，b30,合题意）。查图得K=,由式/日8KF2c81.2111607得d-J-5.87mmV111725取d=6mm,与原假设符合。D2=cd=7X6=42mm（2）求弹簧工作圈数n弹簧刚度F2 F1H1 H21160 17889 5428N / mm变形h2互116041.4mm。K28Gh2d 8n 3 一8F2C3104 41.48 1160 736.24 圈。取 n=6。总圈数m=n+2=6+2=8（3）求其余参数H0=H2+h2=54+=HS=（n1-d=（8-x6=45mm（30。现按照给定材料范围，选用强度最好的I组碳素钢丝。当材料一定后，弹簧的体积决定于长度和直径。而长度由刚度条件定，故应使D尽可能小，但D又必须大于30。现对几种方案加以比较:当C=7,由强度条件知d=6mm若加大d,则D也将增加。若取C=8。则K=od8KF2c8 1.18 1160 87256.20mm较C=7时的d为大，故D仍将加大。若取d=,贝UK=,81.2511606725d.5.52mm若取C=6,则弹簧内径D1d(c1)5.6(61)28mm(30)不合要求。由此可定，d=6mmn=6圈，旋绕比C=7为最佳方案。3.解(1)检验强度 由表查得,2 n=640 x =512N/mm(由表注：拉簧的许用应力为表中值的80%。由 C=D2 80 8,得 K=o 由式d 101.188 2070 81022498N / mm2TTno该弹簧能满足强度条件。般手(2)求极取载荷Flim达到弹簧材料剪切屈服极限。s的载荷称为极限载荷Fim。册查不到s值。对H类载荷可取s=t口尸X512=640N/mmi。由式得Flimd2 s8kc102 6 408 1.18 82660N(3)求弹簧的工作行程，由式h28F2c3nGd8 2070 83 208 104 10212mmF1615h1h2-21263mmF22070故工作行程h0h2h121263149mm