机械设计第十六章

16-1概述工作特点：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，如离合器2、缓冲吸振，如车辆悬架3、存储能量，如钟表4、测量力的大小，如弹簧秤5、改变系统的自振频率分类螺旋弹簧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板弹簧碟形弹簧圆柱形圆锥形16-2圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力弹簧的节距→p自由状态→间距δ最大载荷作用下→δ1δ1=0.1d≥0.2mm

d为弹簧丝的直径

公式解释：d>2mm，最小距离δ1为0.1d，当d<2mm，最小距离δ1为0.2mm，至少保证0.2mm。1.圆柱螺旋压缩弹簧死圈：弹簧的两个端面圈应与邻圈并紧，只起支承作用，不参与变形。数量：当弹簧的工作圈数n<7时，弹簧每端的死圈约为0.75圈；n>7时，每端的死圈约为1～1.75圈。弹簧端部的结构有多种形式两个端面圈均与邻圈并紧且磨平并紧不磨平加热卷绕时弹簧丝两端锻扁且与邻圈并紧在重要的场合，应采用YI型以保证两支承端面与弹簧的轴线垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。弹簧丝直径d≤0.5mm，弹簧的两支承端面可不必磨平。d>0.5mm的弹簧，两支承端面则需磨平。磨平部分应不少于圆周长的3/4，端头厚度一般不小于d/8，端面表面粗糙度应低于Ra25μm。2.圆柱螺旋拉伸弹簧空载时→各圈应相互并拢卷绕的过程中同时扭转→预应力外加拉力>预应力→各圈才开始分离→节省轴向的工作空间拉伸弹簧的端部制有挂钩，以便安装和加载LI型和LII型制造方便，应用很广。但因在挂钩过渡处产生很大的弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径d≤10mm的弹簧中。LVII、LVIII型挂钩不与弹簧丝连一体，适用于受力较大的场合。螺旋弹簧的制造工艺1、卷制2、挂钩3、端面圈精加工4、热处理5、工艺试验6、强压处理冷卷：用于预先热处理后拉成的直径d<(8～10)mm的弹簧丝热卷：温度随弹簧丝的粗细在800～1000℃的范围内选择热处理：冷卷→回火热卷→淬火+中温回火处理强压处理：超过极限载荷持续6～48h，产生有益的残余应力，不适用长期振动、高温或腐蚀性介质情况106～103～105～103S：静D：动L：低M：中H：高常用扫弹簧惰钢主报要有寻下列股几种穷：碳素逐弹簧性钢：价廉活，多编次重榆复变壮形后上易失供去弹蚀性，迎工作朵温度<1漫30狠℃低锰秆弹簧锄钢：淬透竞性较氧好和糕强度虽较高蜜，淬昨火后凳容易罢产生灯裂纹及坑热脆担性，市用于换尺寸绝不大袜弹簧硅锰筛弹簧纵钢：弹性帮极限显著触提高，回窜火稳屿定性德好，率用于唱汽车、弟拖拉支机的习螺旋传弹簧铬钒谣钢：组织两细化统、强拍度和这韧性豆好、劝耐疲剪劳和眠抗冲枣击性爪能良好怒，-4庸0～21筑0℃的温寺度下盾可靠客工作婚，但掌价格腊较贵渣。多用丹于要蛮求较塌高的恋场合用，如富用于仙制造代航空板发动投机调节甜系统各中的骑弹簧狐。16辈-3圆柱朴螺旋遣压缩(拉伸)弹簧订的设坡计计佣算(一)几何撕参数壳计算外径D2、中静径D、内吨径D1、节举距p、螺训旋升船角α及弹因簧丝杆直径d。压缩塌弹簧低长细条比bb=H0/D2b在1~腐5.缓3的范铁围选遍取表16你-3计算递公式压缩桶弹簧扫拉齐伸弹抢簧参数旧名称肌及代鹊号中径DD=Cd取标准妄值自由士高度皂或长俯度H0有效眠圈数n备蜓注Hh为钩细环展贯开长股度两端热并紧准，磨厌平；H0≈pn+(薯1.适5~封2)d两端鼓并紧或，不雀磨平爷；H0≈pn+(涉3~因3.逢5)dmm内径D1D1=D-d旋绕按比CC=D/d外径D2D2=D+dH0=nd+HhHn=H0-λnHn=H0+λnλn为工妻作变厘形量n≥2按16粥-1师1计算工作词高度基或长宋度拉伸御弹簧n1尾数殃为1/萌4、1/污2、3/纵4、整信圈，塑推荐至用1/资2圈续表16匠-3计算骨公式压缩选弹簧拉伸膨弹簧参数喘名称台及代采号总圈数n1节距p臂p=(阅0.炉28星~0福.5休)Dp=d轴向患间距δδ=p-d展开芒长度L螺旋斩角α质量ms备部注Lh为钩戒环展旱开长治度对压折缩螺垒旋弹留簧，刚推荐逝用α=5˚~9˚γ为材违料的咏密度嗽，对纤各种伙钢，γ=7顽70桑0k械g/献m3;对铍翅青铜喉，γ=8尝10幸0k营g/产m3n1=n冷卷踢：n1=n+(主2~护2.棋5)YI息I型热常卷：n1=n+(第1.快5~抬2)πDn1co栽sαL=-小--泛--α=t邻an-1(p/πD)L≈πDn+Lhπd24ms=-搂--旋-Lγmm表16侧-3续(二)特性版曲线H0﹣没有讯受力页变形喘的自鼻由长授度Fmi轧n﹣预加鲁压力H1﹣预加吴压力么下弹讯簧长尿度λmi枣n﹣预加椅压力荷下弹阿簧变眠形量Fma恳x﹣最大撕工作肆载荷H2﹣最大僻工作早载荷淘下弹星簧长宾度λma丙x﹣最大朗工作室载荷炒下弹簧迈变形搅量Fli乞m﹣极限铸载荷H3﹣极限英载荷六下弹傍簧长凶度λli刑m﹣极限诉载荷里下弹天簧变启形量无预愚紧力有预由紧力F0有预农应力烟的拉开伸弹逗簧相固当于辰有预纤变形x。在渠同样扁的F作用全下，粗有预街应力个的拉袋伸弹拨簧产越生的挺变形朱要比休没有环预应先力时扰小。Fmi橡n=(踩0.杯1～0.现5)Fma曾xFma立x≤0狱.8Fli盲m(三)圆柱知螺旋律弹簧核受载混时的傍应力赢及变连形截面仿形状则：多嫁为圆甩截面域，也经有矩据形截默面FcosαFsinαFsinαFcosαA-逆A截面B-堡B截面FT=FD/2零(扭矩)轴向牙力Fs垄in推α横向楚力Fc纠os呀α弯矩Ts能in装α扭矩Tc籍os岭αB-劈燕B截面轴向拆力Fs奖inα横向撤力Fc需osα弯矩Ts亮inα扭矩Tc舱osα由于腰弹簧阿螺旋藏升角灵一般竞取为α=5取°～9°，故si垄nα≈0，co短sα≈1旋绕匀比C=D/d角C值的此范围敬为4～16横向力扭矩最大啊应力恐产生智在弹殊簧丝携截面检内侧朋的点m略去加入K为弹跳簧曲邪度系觉数圆柱售螺旋厕压缩(拉伸)弹簧至受载本后的愈轴向紧变形合量n-弹簧幸的有壶效圈般数G-弹簧蓄材料可的切奴变模怠量对于其压缩条弹簧辱和无恋预应饿力的攻拉伸腔弹簧对于拍有预衰应力煮的拉涉伸弹没簧用不哪需淬伸火的屿弹簧盆钢丝排制成豪的拉匠伸弹谦簧，街均有喇一定枝的初惹拉力疾。如情不需元要初龟拉力蠢时，蓄各圈统间应恢有间亦隙。境经淬宰火的胁弹簧栗，没购有初止拉力搁。初拉液力按漂下式径计算合理茅选择C就能坏控制搜弹簧牌的弹辉力(四)圆柱浆螺旋掏压缩(拉伸)弹簧惑的设撇计1)根据诉工作通情况粱及具混体条占件选唉定材扩料，仍并查无取其炼力学切性能粮数据找。2)选择拾旋绕锐比C，通惜常可倾取C≈5～8(极限纯状态惯时不油小于4或超经过16双)，计源算曲然度系青数K值。3)根据谜安装燃空间其初设脏弹簧涌中径D，根蜂据C值估没取弹乞簧丝宽直径d，并较由表16掘-2查取夜弹簧响丝的械许用肯应力杜。4)试算桨弹簧粘丝直杜径当弹影簧材缺料选旨用碳南素弹总簧钢恶丝或65擦Mn弹簧艇钢丝贴时，器钢丝恩的许壮用应猎力决柳定于σB，σB随d变化存，先闹假设d值，栗然后锻试算脏。最跑后的d、D、n及H0值应丽符合父标准昂表16碰-6。5)根据牌变形应条件野求出忌弹簧姻工作纺圈数对于渡有预鸦应力泻的拉畜伸弹畅簧对于远压缩贡弹簧司或无俘预应保力的沉拉伸昼弹簧6)求出糕弹簧桑的尺敢寸D2、D1、H0，并狂检查饿其是蠢否符泥合安辫装要熄求等采。如席不符备合应锣改选颤有关集参数(例如C值)重新狡设计相。7)稳定妹性、盆疲劳漫强度块、静樱应力守强度泛、振柏动验收算例题16掀-1设计识一普水通圆门柱螺访旋拉松伸弹世簧。善已知业该弹桨簧在芒一般拘载荷参条件粱下工单作，停并要齐求中川径D≈1贫8m开m，外瓣径D2≤2郊2棒mm，当脚弹簧墓拉伸样变形效量λ1=7床.5日mm时，助拉力F1=1叛80抽N，拉钱伸变舰形量λ2=1方7m扑m时，梦拉力F2=3幻玉40办N。1.根据妨工作两条件付选择对材料爱并确侄定其唇许用罪应力因弹肢簧在姥一般都载荷摄条件约下工屯作，械可以锐按第II硬I类弹掀簧来筒考虑失。现外选用棵碳素那弹簧县钢丝SL型。D2-D≤2蚁2-终18偿=4估取添弹簧便钢丝羡直径枕为3.虫0m研m2.根据龙强度械条件断计算云弹簧悲钢丝长直径现选复取旋弊绕比C=缸6直径缴不够13兔70奥×0牺.5恭×0煮.818骗/3术=6上值从与原塔估取振值相届近，倾取弹朽簧钢铸丝标陵准直再径d=3樱.4叫mm取D=1涛8m台m3.根据永刚度美条件轰，计剧算弹缘瑞簧圈际数弹簧联刚度辈为弹簧主圈数取n=翼14圈4.验算(1惩)弹簧得初拉哈力81衫.9宴7M润Pa初应驰力值供合适5.靠29灿4极限蛛工作膨载荷5.进行娱结构遵设计选定鸦两端轰钩环还，并损计算醒出全墙部尺杜寸(从略)中心香臂扭抚转弹冒簧16促-4圆柱恳螺旋胳扭转斥弹簧违的设钳计计统算(一)圆柱掏螺旋忆扭转视弹簧划的结料构及吼特性赢曲线螺旋铺扭转赖弹簧谈在相插邻两费圈间羽一般凯留有党微小壮的间灾距，掀以免酿扭转与变形盖时相腔互摩社擦。内臂耍扭转岁弹簧外臂垒扭转取弹簧双扭蜓簧扭转川弹簧辩的特垦性曲电线Tmi象n=(牢0.并1～0.犯5)Tma阅xH0=n(d+δ0)+Hhδ0﹣弹簧胖相邻村两圈帜间的者轴向砖间距合，一基般取0.蜻1～0.由5m案mHh﹣挂钩唱或杆麻臂沿胁弹簧掠轴向常的长亚度(二)圆柱酒螺旋叨扭转射弹簧晕受载秧时的拼应力拉及变穷形曲度念系数扭转断角弹簧长的扭载转刚泊度对于储圆形死截面(三)圆柱澡螺旋售扭转颤弹簧趴的设述计首先涛选定末材料刻及许齿用应汤力，允并选乌择C值计算K1或暂临取K1