第15章-----弹--簧

1、 15.1 概述概述 弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用下产生较大弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形，弹簧在各类机械中应用十分广泛，主要用于：的弹性变形，弹簧在各类机械中应用十分广泛，主要用于： （1）控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制）控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制 弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等。弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等。 （3）储存及输出能量，如钟表弹簧、枪闩弹簧等。）储存及输出能量，如钟表弹簧、枪闩弹簧等。 （4）测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。 （2）减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧

2、，）减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧， 以及各种缓冲器用的弹簧等。以及各种缓冲器用的弹簧等。类类 型型按照所承受的载荷不同按照所承受的载荷不同拉伸弹簧拉伸弹簧压缩弹簧压缩弹簧弯曲弹簧弯曲弹簧扭转弹簧扭转弹簧拉伸弹簧拉伸弹簧压缩弹簧压缩弹簧扭转弹簧扭转弹簧 表表151中列出了弹簧的基本类型。中列出了弹簧的基本类型。类类 型型按照所承受的载荷不同按照所承受的载荷不同拉伸弹簧拉伸弹簧压缩弹簧压缩弹簧环形弹簧环形弹簧螺旋弹簧螺旋弹簧弯曲弹簧弯曲弹簧 盘盘 簧簧 板板 簧簧扭转弹簧扭转弹簧按照弹簧的形状不同按照弹簧的形状不同环形弹簧环形弹簧板板 簧簧表表151 弹簧的基本类型弹簧的基本类型弯曲弯

3、曲扭转扭转压缩压缩拉伸拉伸其他形其他形螺旋形螺旋形按形状分按形状分按载荷分按载荷分圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋压缩弹簧圆锥螺旋压缩弹簧圆柱螺旋扭转弹簧环形弹簧碟形弹簧蜗卷形弹簧板簧p 15.2 圆柱螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧 在一般机械中，最常用的是在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。圆柱螺旋弹簧。 15.2.1 圆柱拉、压螺旋弹簧的结构圆柱拉、压螺旋弹簧的结构 圆柱螺旋弹簧分圆柱螺旋弹簧分压缩弹簧和拉伸弹簧压缩弹簧和拉伸弹簧。 图图151 压缩弹簧压缩弹簧(a)YI型型(b)YII型型 还有一种两个端面圈并紧但不磨平还有一种两个端面圈并紧但不磨平( (代号：代号：Y)。磨。磨平部分不少于圆周长的平部

4、分不少于圆周长的3/4，端头厚度一般不少于，端头厚度一般不少于d/8。 压缩弹簧如图压缩弹簧如图15-1所示。通常其两端的端面圈并紧所示。通常其两端的端面圈并紧并磨平并磨平( (代号：代号：Y)。 拉伸弹簧如图拉伸弹簧如图15-2所示，其中所示，其中a和和b为半圆形钩和圆环为半圆形钩和圆环钩；钩；c为可调式挂钩，用于受力较大时。为可调式挂钩，用于受力较大时。图图152 拉伸弹簧拉伸弹簧(a)LI型型(b)L型型(c)L型型 15.2.2 圆柱螺旋弹簧的几何尺寸圆柱螺旋弹簧的几何尺寸 圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：弹簧丝直径：弹簧丝直径d d、外、外径径 D D、内径

5、、内径 D D1 1、中径、中径 D D2 2、节距、节距p p、螺旋升角、螺旋升角 、自由高度、自由高度（压缩弹簧）或长度（拉伸弹簧）（压缩弹簧）或长度（拉伸弹簧）H H0 0。此外还有有限圈数。此外还有有限圈数n n，总圈数，总圈数n nl l。 D2DH0pdD1dDH0D1D2pa图图153 圆柱形拉压螺旋弹簧圆柱形拉压螺旋弹簧（a）（b）L= D2n+钩部展开长度L= D2n1/cos展开长度Lb=H0/D2压缩弹簧高径比b =0=p-d 间距P=dP=d+节距pHn= H0工作高度或长度H0LI型H0=(n+1)d+D1LII型H0=(n+1)d+2D1LIII型H0=(n+1.5

6、)d+2D1两端圈磨平n1=n+1.5时，H0=np+d n1=n+2时， H0=np+1.5d n1=n+2.5时, H0=np+2d两端圈不磨平n1=n+2时， H0=np+3d n1=n+2.5时, H0=np+3.5d自由高度或长度H0压缩：n1=n+(22.5)(冷卷)；拉伸：n1=nn1=n+(1.52)(YII型热卷)；n1的尾数为1/4、1/2、3/4或整圈数，推荐用1/2圈总圈数n1由变形条件计算确定 一般n2有效圈数n =arctan p/ D2 对压缩弹簧，推荐 59 螺旋升角 C= D2/d 一般4CF0； 弹簧的工作载荷应小于极限载荷，通常取弹簧的工作载荷应小于极限载

7、荷，通常取Fmax 0.8Flim 15.3 弹簧常用材料弹簧常用材料 常用的弹簧材料有：常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢和铜合金材料以及非金属材料。钢和铜合金材料以及非金属材料。 选用材料的根据选用材料的根据:弹簧的功用、载荷大小、载荷性质弹簧的功用、载荷大小、载荷性质及循环特性、工作强度、周围介质以及重要程度。及循环特性、工作强度、周围介质以及重要程度。 弹簧常用材料的性能和许用应力见表弹簧常用材料的性能和许用应力见表154。类别牌号压缩弹簧许用剪切应力/MPa许用弯曲应力b/MPa切变模量G/MPa弹性模量E/MPa推荐硬度HRC推荐使用温度/

8、特性及用途类类类类类钢丝碳素弹簧钢丝琴钢丝(0.30.38) b(0.380.45) b0.5 b(0.60.68) b0.8 b7910320610340120强度高，性能好，适用于做小弹簧，如安全阀弹簧，或要求不高的大弹簧油淬火-回火碳素弹簧钢丝(0.350.4) b(0.40.47) b0.55 b(0.60.68) b0.8 b65Mn34045557057071060Si2Mn60Si2MnA445590740740925455040200弹性好，回火稳定性好。易脱碳、用于受大载荷的弹簧，60Si2Mn可做汽车拖拉机弹簧， 60Si2MnA可做机车缓冲弹簧50CrVA455040210用做截面大高应力的弹簧，亦用于变载荷高温作