版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、弹簧设计,目录,一 弹簧概述,二 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、 材料及许用应力,五 其它弹簧简介,三 圆柱螺旋拉压弹簧的设计计算,四 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算,工作特点:弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形, 在机械设备中被广泛用作弹性元件,功用: 1. 控制机构运动或零件的位置; 如凸轮机构、离合器、阀门等,一 弹簧的功用和类型,3. 存储能量; 如钟表仪器中的弹簧,4. 测量力的大小 ;如弹簧秤中的弹簧,螺旋 弹簧,圆柱形,截锥形,按形状分,按受载分,拉伸弹簧,压缩弹簧,扭转弹簧,5. 改变系统的自振频率,分类,2. 缓冲吸振; 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧,分类,螺旋弹簧,圆柱形,截锥
2、形,按形状分,按受载分,拉伸弹簧,压缩弹簧,扭转弹簧,环形弹簧,平面涡圈弹簧 仪表中储能用,板弹簧,碟形弹簧,潘存云教授研制,潘存云教授研制,特种弹簧,二 圆柱螺旋弹簧的结构、制造方法、 材料及许用应力,一、圆柱螺旋弹簧的结构形式,压缩弹簧在自由状态下,各圈之间留有一定间距,支承圈或死圈-两端有3/45/4圈并紧,以使弹簧站立平直,这部分不参与变形,磨平,端部磨平-重要弹簧,端部不磨平- 一般用途,磨平长度不小于3/4圈,端部厚度近似为d/4,压缩弹簧的总圈数,n1 = n+(1.52.5,为使工作平稳,n1的尾数取1/2,变形用,n为有效圈数,1、圆柱螺旋压缩弹簧,2、 拉伸弹簧,a) 各圈
3、相互并紧=0,b) 制作完成后具有初拉力,c) 端部做有拉钩,以便安装和加载,拉钩形式:半圆钩环型、圆钩环型、 转钩、可调转钩,改进后的结构,拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同,特点:结构简单、制造容易、但弯曲应力大。应用于中小载荷与不重要的场合,特点:弯曲应力小。适用于变载荷的场,但成本较高,二、弹簧的制造,制造过程:卷绕、端面加工(压簧)或拉钩制作(拉簧或扭簧)、热处理和工艺性试验,冷卷:d10 mm,热卷:d 10 mm,卷制温度:8001000,低温回火,消除应力,淬火、回火,强压处理:将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限,并保持一定时间后卸载,使簧丝表面层产生与工作应力相反的残余应力
4、,受载时可抵消一部分工作应力,对于重要压缩弹簧,为了保证承载面与轴线垂直, 端部应磨平 经强压处理可提高承载能力。 拉伸弹簧,为了便于联接与加载,两端制有拉构,工艺试验包括:耐冲击、疲劳等试验,三、弹簧的材料及许用应力,要求:高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、 塑性和良好的热处理性能,材料:优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢、有色金属合金,1、弹簧的材料,碳素弹簧钢:含碳量在0.60.9%之间,如65、70、85,合金弹簧钢:硅锰钢、铬钒钢,有色金属合金:硅青铜、锡青铜、铍青铜,优点:容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的强 度,适宜的韧性和塑性,缺点:当d12 mm,不易淬透,故仅适用于小尺寸
5、的 弹簧,优点:适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高 的弹簧,选用原则: 充分考虑载荷条件(载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况)、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝,2、弹簧的许用应力,弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、弹簧的工作条件和重要程度,以及簧丝的尺寸等,弹簧按载荷分为三类,I类弹簧: 受变载荷作用次数106,或很重要的弹簧,II类弹簧:受变载荷作用次数在103 105 ,或受冲击 载荷的弹 簧,或受静载荷的重要弹簧,III类弹簧:受变载荷作用次数在103 ,或受静载荷 的弹簧,在选取材料和确定许用材料试,如下情况应适当调整 A 对重要弹簧,
6、其损坏对整个机器有重大影响时,许用应力应适当降低 B 经强压处理的弹簧,能提高其疲劳极限,对改善载荷下的松弛有明显效果,可是适当 提高许用应力 C 经喷丸处理的弹簧,能适当提高疲劳强度或疲劳寿命,其许用应力可提高20% D 工作温度超过60 c 时应对其切变模量进行修正,其修正公式 Gt=Kt*G G 常温下的切变模量 Gt 工作温度下的切变模量 Kt 温度修正系数,弹簧电镀相关资料,弹簧电镀相关资料,节距:t = d,max -最大变形量。F2为最大载荷,通常 t(0.30.5)D2 , =59,螺旋升角,弹簧丝的展开长度,自由高度,H0=n+(n1+1)d,两端并紧不磨平结构,H0=n+(
7、n1-0.5)d,对于两端并紧磨平结构,并紧高度: Hs,n1+1)d,n1-0.5)d,三 拉伸(压缩)弹簧的设计计算,一、几何尺寸计算,圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算,潘存云教授研制,二、 弹簧的特性曲线,特性曲线- 载荷变形曲线,压缩弹簧的特性曲线,1、压缩弹簧的特性曲线,潘存云教授研制,最小工作载荷,Fmin=(0.10.5)Fmax,最大工作载荷- Fmax,在Fmax的作用下,max,弹簧在安装位置所受压力,它能使弹簧可靠地稳定在安装位置上,极限载荷- Flim,压缩弹簧的特性曲线,最小变形- min,对应的变形-max,极限变形- lim,0.8n 保证不并紧,弹簧刚度,弹簧势能 E,
8、一般取: Fmax 0.8Flim,潘存云教授研制,2、拉伸弹簧的特性曲线,a)没有预应力,特性曲线通过坐标原点,潘存云教授研制,特性曲线不通过坐标原点,2、拉伸弹簧的特性曲线,b)有预应力,若工作载荷小于克服预应力所需的初拉力F0,则弹簧不会变形;只有当FF0时弹簧才开始变形,故截面B-B上的载荷可近似取为,弹簧受轴向载荷F时,作用在轴向截面A-A上的力有,扭矩: T=FD2/2,轴向力: F,在法面B-B上的力有,横向力: F,轴向力: F,弯矩: M=Tsin,扭矩,=5 9 sin 0, cos 1,扭矩: T=FD2/2,Fcos,Fsin,T=Tcos,横向力:F,三、弹簧受载时的
9、应力与变形,1、簧丝受力分析,潘存云教授研制,截面受力,剪切应力,2、弹簧的应力,扭切应力,合成应力,潘存云教授研制,C-旋绕比,或弹簧指数,未考虑簧丝曲率的应力,由于0.5/C远小于1,故由F引起的剪切应力可忽略,若考虑螺旋升角和簧丝曲率对应力集中的影响,实际应力分布与理论分析有差别,实践证明:弹簧内侧m点最容易产生破坏,弹簧的曲度系数,强度条件,设计公式,其值可直接查表下表可得,引入系数K来补偿螺旋升角和簧丝曲率的影响,得,潘存云教授研制,3、弹簧的变形,在轴向载荷的作用下,弹簧产生轴向变形,取微段分析,微段轴向变形量d,C,k,C值过小 制造困难,内侧应力,常用值:C=58,C值过大 弹
10、簧容易颤动,n为有效圈数,G-材料的切变模量,根据材料力学有关圆柱 螺旋弹簧变形的计算公式,钢:G=8104 Mpa, 青铜:G=4104 Mpa,弹簧的最大变形量,1)对于压缩弹簧和无预应力拉伸弹簧,2)对于有预应力的拉伸弹簧,拉伸弹簧的初拉力取决于材料、簧丝直径、旋绕比和加工方法。可按右图选取,初拉力的计算,四、弹簧设计计算步骤,设计要求,有足够的强度,符合载荷-变形曲线的要求(刚度要求,不发生侧弯(失稳,已知条件:最大工作载荷Fmax和相应的变形max,其 它要求(如工作温度、安装空间的限制等,计算步骤,1)选择弹簧材料及结构形式,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
11、,并查取弹簧丝的许用应力,4)试算簧丝直径,2) 选择旋绕比C,通常可取C 5 8,并算出补偿系 数K值,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,疲劳强度、强度验算,振动验算,稳定性验算,强度校核,a)疲劳强度校核,F1-安装载荷,1预压变形量,F2最大载荷,2最大变形量,强度条件,当弹簧的设计计算及材力学性能数据精确性高时,取: SF=1.31.7; 当精确性低时,取: SF=1.82.2,0的含义按下页表选取,b)静强度校核,强度条件,当弹簧的设计计算及材力学性能数据精确性高时,
12、取: SS =1.31.7; 当精确性低时,取: SS =1.82.2,振动验算,对于承受变载荷的弹簧,当加载频率很高时, 容易引起弹簧的谐振而导致弹簧破坏。因此要进行振动验算,以保证工作频率远低于基本自振频率,圆柱螺旋弹簧的基本自振频率为,将kF和mS代入后,可得,其中弹簧刚度,弹簧质量系数,为避免弹簧发生严重振动,要求,当不能满足以上要求时,应重新设计,增大kF或减小mS,潘存云教授研制,失稳,当b大于许用值时,弹簧工作时会弯曲而失稳,高径比: b= H0 / D2,5.3 两端固定的弹簧,3.7 一端固定,一端自由转动,2.6 两端自由转动,稳定性验算,稳定条件:Fc=CukFH0Fma
13、x,其中:Fc -稳定时的临界载荷,Cu不稳定系数,失稳,注意: 导杆、导套与弹簧之间的间隙不能太大,工作时需加润滑油,内部加装导向杆; 或外部加导向套,若Fc Fmax,则要重新选取参数,以保证弹簧的稳定性。如果受条件限制,不能改变参数时,可采取如下措施,潘存云教授研制,一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构,结构,特点:外形和拉压弹簧相似,但承受力矩载荷,四 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算,扭转弹簧的轴向长度:H0=n(d+0)+2Hh,n-有效圈数,0 -轴向间距,一般取0 =0.10.5 mm,d-簧丝直径,2Hh -挂钩长度,二、扭转弹簧的特性曲线,在材料的弹性极限内,扭转弹簧的载荷(扭矩)与变形(
14、转角) -特性曲线也是呈线性变化,Tlim 、lim -极限工作扭转及极限转角,Tmax 、max -最大工作扭转及转角,Tmin 、min -最小工作扭转及转角,一般取:Tmin =(0.10.5) Tmax,应用实例:用于压紧和储能,如门的自动复位、电机中保持电刷的接触压力等,潘存云教授研制,强度条件,扭转变形,W-截面系数,1.25,E-材料弹性模量,I-簧丝截面惯性矩, n-弹簧有效圈数, D2-弹簧中径,三、圆柱螺旋扭转弹簧的计算,在扭矩T作用下,簧丝任意截面B-B内的载荷为,弯矩:M=Tcos,因为很小,则可认为扭簧只承受弯矩:M T,扭矩:T=Tsin,刚度,对于长臂扭转弹簧,还
15、要考虑扭臂的变形,此时,1)对于精度高的扭转弹簧,圈与圈之间应留有间隙,以免载荷作用下,因摩擦而影响其特性曲线,2)扭转弹簧的旋向应与外加力矩一致。弹簧内侧的最大工作应力(压)与卷绕产生的残余应力(拉)反向(抵消),从而提高承载能力,3)心轴和弹簧内径之间必须留有间隙。避免因D2减小而抱轴,设计要点,已知条件:最大工作载荷Fmax和相应的变形max,其 它要求(如工作温度、安装空间的限制等,设计确定:弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧 的螺旋升角和长度等,四、圆柱螺旋扭转弹簧的设计步骤,计算步骤,1)选择弹簧材料及许用应力,以及扭簧的结构形式,3)根据安装空间初设弹簧中径D,由C值估取弹簧丝
16、 直径d,并查取弹簧丝的许用应力,4)试算簧丝直径d,2) 选择旋绕比C,通常可取C 5 8,并算出补偿系 数K1值,检查尺寸是否合适,5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数,6)计算弹簧丝长度,环形弹簧,板簧,潘存云教授研制,五 其他弹簧简介,涡卷弹簧,碟形弹簧,潘存云教授研制,一、碟形弹簧,结构特点:用钢板冲制而成,外形象碟子。往往将多个组合使用,载荷、变形:轴向力沿周边均匀分布、h变小而产生轴向变形,特性曲线:呈非线性,变形取决于比值h/t变化,重要特性:当h/t1.5时,中间一段接近于水平,利用这一特性可在一定变形范围内保持载荷的恒定。例如在精密仪器中,可利用碟形弹簧使轴承端面的摩擦力不受
17、温度变化的影响;在密封垫圈中利用这一特性使密封性能不受温度的影响,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,加载,卸载,碟形弹簧组合形式,对合式组合弹簧,变形量增加,承载力不变,由于簧片之间存在摩擦损失,导致加载和卸载特性曲线不一样,吸振能力,复合式弹簧,叠合式组合弹簧,摩擦阻尼大,特别适用于缓冲和吸振,在变形量不变时,承载力大大增加,摩擦消耗的能量-阴影面积,可同时增加变形量和承载能力,优点,变形量小、承载能力大、在受载方向空间尺寸小,用途,常用作重型机械、飞机等的强力缓冲弹簧,以及在离合器、减压阀、密封圈、自动控制机构中获得了广泛地应用,缺点,用作高精度控制弹簧时,对材料和制造工艺(加工精度、热处理)要求较严,制造困难,潘存云教授研制,二、环形弹簧,工作原理:在轴向载荷的作用下,内外圆环的接触面之间将产生很大的法向反力,迫使内环直径减小、外环直径加大;当卸载后,由于环的角大于摩擦角,弹簧在弹性内力的作用下复原,特性曲线:加载曲线与卸载曲线不重合,摩擦耗能大。由于内外圆环的接触锥面之间产生很大的摩擦力,工作中由于克服摩擦力而消耗很多能量,应用:因具有很强的缓冲吸振作用,常用于缓冲装置,结构特点:由若干个带锥面的内外圆环组合而成的一 种压缩弹簧,AB段为弹簧内力克服静摩擦力的情况,特性曲线,三、平面蜗卷弹簧(发条弹簧,结构特点:形状
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 风力发电机培训
- 几何风大学生职业生涯规划模板
- 保洁仪容仪表服务意识培训
- 山西省晋城市泽州县丹河新城水西学校2024-2025学年七年级上学期第一次质检生物试卷(含解析)
- 2024-2025学年江苏省苏州市昆山市周庄中学八年级(上)第一次形成性评价数学试卷(含答案)
- T-XZZL 0033-2024 高粱面(红面)擦尖传统美食制作规程
- 广东省肇庆市宣卿中学2024-2025学年九年级上学期第一次月考物理试卷
- Windows Server网络管理项目教程(Windows Server 2022)(微课版)课件项目9 VPN服务器的配置与管理
- 工程结构荷载与可靠度设计原理第一部分小结
- E审通演示培训专用16
- 第八届全国医药行业特有职业技能竞赛(中药调剂员)考试题库(含答案)
- 国开2024年秋《经济法学》计分作业1-4答案形考任务
- 2024-2025部编版语文六年级上册13桥(课件)
- 行贿受贿检讨书
- 中国成人失眠诊断与治疗指南(2023版)解读
- 《创伤失血性休克中国急诊专家共识(2023)》解读
- 无锡市天一实验2023-2024初一上学期数学期中试卷及答案
- 数据、模型与决策案例及分析报告
- 小学教育质量提升督导评估316工程自查报告
- 砷化镓材料国内外现状及发展趋势
- 太阳能施工方案(完整版)
评论
0/150
提交评论