第五篇-其它零部件第十六章-弹簧

1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。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。,第五篇其它零、部件,16-1概述,第十六章弹簧,2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。按照弹簧的形状分：螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧、盘簧、异型弹簧。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。,各类弹簧,虚拟现实中的弹簧,碟形弹簧,环形弹簧,板簧,涡卷弹簧,一、圆柱螺旋弹簧的结构形式,圆柱螺旋压缩弹簧,圆柱螺旋拉伸弹簧,二、圆柱螺旋弹簧的制造,详细介绍,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：,详细介绍,详细介绍,三、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。,1常用弹簧钢,2材料选择,许用应力,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。,碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，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，力学性能良好；,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。,详细介绍,普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸：外径D2、中径D、内径D1、节距p、螺旋升角、弹簧丝直径d。,三、圆柱螺旋弹簧受载时的应力及变形,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和扭矩。下面以压缩弹簧承受轴向载荷的情况进行分析。,二、特性曲线,弹簧应具有经久不变的弹性。在设计弹簧时，应使其工作应力在弹性极限范围内。表示弹簧载荷和变形的关系曲线称为特性曲线。弹簧的特性曲线作为检验和试验时的依据之一，通常应绘制在弹簧的工作图中。,拉伸弹簧特性曲线,压缩弹簧特性曲线,弹簧的受力分析,弹簧丝的应力分析,弹簧的变形与刚度分析,四、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算,设计方法和步骤:,1)根据工作情况及具体条件选定材料；,2)选择旋绕比C，通常可取C58，并算出补偿系数K值；,3)根据安装空间初设弹簧中径D，由C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力；,4)试算弹簧丝直径d,5)根据变形条件求出弹簧工作圈数：,对于有预应力的拉伸弹簧,对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧,6)检查D2、D1、H0是否符合安装要求等;,7)验算：,强度验算,振动验算,稳定性验算,一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线,二、圆柱螺旋扭转弹簧受载时的应力及变形,扭转弹簧主要用于压紧、储能或传递扭矩。,1圆柱螺旋扭转弹簧的结构,2圆柱螺旋扭转弹簧的特性曲线,详细介绍,圆柱螺旋扭转弹簧工作时，弹簧丝主要承受弯曲应力作用。,应力与变形分析,详细介绍,设计方法和步骤:,三、圆柱螺旋扭转弹簧的设计,已知弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求，包括安装空间对弹簧尺寸的限制等。,确定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。,第十七章箱体、机座设计,机械系统的框架支承系统是由机座、=机体、箱体等组成。本章介绍箱体、机座等在机器中的作用结构设计要求。,21.1箱体的结构设计21.1.1功能与分类,1.箱体的主要功能1）支承并容纳各种零部件2）安全保护和密封作用3）使机器个部分分别由独立的箱体组成部件件4）改善机器的造型,2.箱体的分类：按箱体的功能1）传动箱体减速器、变速箱和机床主轴箱等2）机壳类箱体泵体和阀体等3）支架类箱体机床的箱体形支座、立柱等,箱体设计的主要问题1）满足工作要求保证箱体内零件的合理布置和准确的相互位置等2）满足强度和刚度要求承载能力3）散热性能和热变性问题4）结构设计合理支点、筋、开孔位置和连接结构等5）工艺性问题因体积大、结构复杂、加工工序多、加工周期长等特点，因此设计时考虑毛坯制造、机械加工及热处理、装配、安装、运输和维护等各环节问题6）造型美观符合美观、实用、经济的原则。,结构设计1.设计方法结构包容法：根据箱体内零件尺寸和它们之间的相互关系，采用包容的方法来构造箱体的结构形状及确定其结构尺寸。,2.箱体的主要结构参数的选择结构参数壁厚、凸台、筋板及孔等对箱体的工作能力、材料消耗、质量及成本影响很大。参考手册或经验。表21.1-4。,第十八章减速器和变速器,机械系统的总体设计包括：总体方案设计、总体布置设计、总体参数的确定、绘制总体设计图及编写设计报告等内容。,总体方案设计给予功能原理功能原理设计的特点及内容,功能原理设计：针对产品的主要功能提出一些原理性的构思，就是使用要求设计机械产品设计的最初环节。,总体布置和总体参数总体布置,总体布置原则：1）保证工艺过程的连续和流畅2）降低质心高度、减小偏置3）保证精度、刚度及抗振性等要求4）充分考虑产品系列化和发展要求5）结构紧筹，层次分明6）操作、维修、调整简便7）外型美观,1.动力系统-动力机及其配套装置，电动机、内燃机等。2.执行系统执行机构及其执行构件，完成预期的工作完成各种工艺动作或生产过程的系统。3.传动系统齿轮、连传动和带传动，动力系统的运动和动力传递给执行系统。4.操纵系统和控制系统为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调工作，并能准确可靠地完成整机功能的装置。5.框架支撑系统基础件和支撑构件，用于安装和支撑动力系统、传动系统和操作系统等。,执行系统的方案设计,执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计中极其重要的环节，是整个机械设计工作的基础。,传动系统设计,将动力机的运动和动力经过一定的变换后传递给执行系统的中间装置传动系统。,传动系统的功能、类型和组成传动系统的功能,传动系统的设计就是以执行系统的运动和动力要求为目标，结合所采用动力机的输出特性及控制方式，合理选择并设计基本传动机构及其组合，使动力机与执行系统之间在运动和动力方面得到合理的匹配。,传动系统主要实现的功能要求：1）减速或增速2）变速3）改变运动形式4）分配运动和动力5）实现某些操纵控制功能-起停、离合、制动或换向,传动系统的类型按工作原理可分为：机械传动系统、流体（液体、气体）传动系统、电力传动系统。,机械传动系统按其传动比或输出速度能否变化可分为：1）定传动比传动系统减速或增速；2）变速传动系统有级变速、无级变速传动和周期性变速；3）独立驱动传动系统一个动力机单独驱动一个执行机构；4）集中驱动传动系统由一个动力机对多个执行机构的驱动；5）联合驱动传动系统多个动力机驱动一个执行机构（低速、重载、大功率）。,传动系统的组成传动系统通常由1.变速装置：改变动力机的输出速度和转矩以适应执行机构的需要。-减速器、增速器等。2.起停和换向装置：用来控制执行机构的起动、停车以及赣边运动方向。3.制动装置：4.安全保护装置：,减速器和变速器用来实现动力机与执行系统之间的运动传递与变换。目前有很多减速器和变速器已经标准化，有系列产品，使用时只需结合传动功率、转速、传动比、工作条件和总体布置等具体要求选用,1、减速器减速器是由齿轮传动、