第十五章弹簧

1、第十五章弹簧* 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：15-1 概述1）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。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。3）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。按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；而按照弹簧的形状不同，又可分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧和盘簧等。表15-1中列出了弹簧的基本类型。圆柱拉簧圆柱扭簧板簧变刚性弹簧环形弹簧圆柱螺旋弹

2、簧分压缩弹簧和拉伸弹簧。压缩弹簧如图15-1所示。通常其两端的端面圈并紧并磨平（代号：Y）。还有一种两个端面圈并紧但不磨平（代号：Y）。磨平部分不少于圆周长的3/4，端头厚度一般不少于d/8。15-2 圆柱螺旋弹簧在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。一、圆柱拉、压螺旋弹簧的结构图15-l压缩弹簧拉伸弹簧如图15-2所示，其中a和b为半圆形钩和圆环钩；c为可调式挂钩，用于受力较大时。 圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：弹簧丝直径d、外径 D、内径 D1、中径 D2、节距p、螺旋升角、自由高度（压缩弹簧）或长度（拉伸弹簧）H0，如图15-3。此外还有有限圈数n，总圈数nl，几何尺寸计算公式见表15-

3、2。 二、圆柱螺旋弹簧的几何尺寸图l5-2拉伸弹簧图15-3圆柱形拉压螺旋弹簧定义弹簧指数C为弹簧中径D2和簧丝直径d的比值，即：C=D2/d。通常C值在416范围内，可按表15-3选取。弹簧丝直径d相同时，C值小则弹簧中径D2也小，其刚度较大；反之，则刚度较小。弹簧应在弹性极限内工作，不允许有塑性变形。弹簧所受载荷与其变形之间的关系曲线称为弹簧的特性曲线。三、圆柱螺旋弹簧的特性曲线压缩螺旋弹簧的特性曲线如图15-4所示。图中，H0为弹簧未受载时的自由高度。Fmin为最小工作载荷，它是使弹簧处于安装位置的初始载荷；在Fmin的作用下，弹簧从自由高度H0被压缩到H1，相应的弹簧压缩变形量为min

4、；在弹簧的最大工作载荷Fmax作用下，弹簧的压缩变形量增至max。图中Flim为弹簧的极限载荷，在其作用下，弹簧高度为Hlim，变形量为lim，弹簧丝应力达到了材料的弹性极限。此处，图中的h=max-min，称为弹簧的工作行程。图15-4圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线图图15-5圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线拉伸螺旋弹簧的特性曲线如图15-5所示。按卷绕方法的不同，拉伸弹簧分为无初应力和有初应力两种。无初应力的拉伸弹簧其特性曲线与压缩弹簧的特性曲线相同：有初应力的拉伸弹簧的特性曲线，如图15-5c所示，有一段假想的变形量X，相应的初拉力F0，为克服这段假想变形量使弹簧开始变形所需的初拉力，当工作载荷大于F0时，弹簧才开始伸长。对于一般拉、压螺旋弹簧的最小工作载荷通常取为Fmin0.2Flim，对于有初拉力的拉伸弹簧FminF0；弹簧的工作载荷应小于极限载荷，通常取Fmax0.8Flim。因此，为保持弹簧的线性特性，弹簧的工作变形量应取在（0.20.8）lim范围。常用的弹簧材料有：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。选用材料时，应根据弹簧