机械设计中弹簧

机械设计中弹簧第1页，课件共20页，创作于2023年2月拉伸压缩扭转弯曲螺旋形其它形按形状按载荷18-1弹簧的类型和功用第2页，课件共20页，创作于2023年2月1控制机械的运动，例如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧；2吸收振动和冲击能量，例如各种车辆中的减振弹簧及各种缓冲器的弹簧等；板簧二、弹簧的功用3存储和释放能量，复位，例如钟表弹簧、枪栓弹簧等；4测量力的大小，例如弹簧秤和测力器中的弹簧等等。第3页，课件共20页，创作于2023年2月18-2弹簧的制造、材料和许用应力一、弹簧制造

螺旋弹簧的制造工艺过程

①绕制；

②钩环制造；

③端部的制作与精加工；

④热处理；

⑤工艺试验等，对于重要的弹簧还要进行强压处理。2弹簧的绕制方法

①冷卷法：簧丝直径d≤8mm的采用冷卷法绕制。冷态下卷绕的弹簧常用冷拉并经预先热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷绕后一般不再进行淬火处理，只须低温回火以消除卷绕时的内应力。第4页，课件共20页，创作于2023年2月`

②热卷法：簧丝直径较大（d>8mm）的弹簧则用热卷法绕制。在热态下卷制的弹簧，卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。第5页，课件共20页，创作于2023年2月二、弹簧材料要求：较高的强度极限和屈服极限，较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。1碳素弹簧钢ωc=0.6～0.9%，65、70、85强度高，性能好，适于做小弹簧，d>12mm时不易淬透2合金弹簧钢60Si2Mn、60Si2MnA：弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧4Cr13：耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧1Cr18Ni9Ti：耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧Co40CrNiTiMo：耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性不锈钢表18-1第6页，课件共20页，创作于2023年2月3有色金属合金Qsi-3、QSn4-3：耐腐蚀，防磁好Qbe2：耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好三、弹簧的许用应力表18-1、表18-21确定弹簧许用应力时应考虑材料、品种、材料质量、热处理方式、载荷性质、工作条件、重要程度、弹簧丝直径2按载荷性质分类Ⅰ类——受变载荷次数106次以上。内燃机气门弹簧、电磁制动器Ⅱ类——受变载荷次数103～105次以上。调速器、安全阀、一般车辆Ⅲ类——受变载荷次数103以下。摩擦式安全离合器第7页，课件共20页，创作于2023年2月一、弹簧的主要尺寸

18-3圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的应力与变形弹簧丝直径d

弹簧圈外径D

弹簧圈内径D1

弹簧圈中径D2

节距t螺旋升角α：α<9°自由长度H0第8页，课件共20页，创作于2023年2月二、弹簧的受力忽略弹簧丝弯曲，T产生的应力：受力：剪力F→τ’‘

T=FD2/2

→F产生的应力：τ‘最大切应力：弹簧丝截面内侧第9页，课件共20页，创作于2023年2月旋绕比(弹簧指数)C：衡量弹簧曲率的重要参数。簧丝最大切应力：三、弹簧的强度

K——曲度系数图18-6钢丝直径第10页，课件共20页，创作于2023年2月分析：第二项反映了弹簧丝曲率对扭切应力影响。

T，aa’

与bb’相对转动，a’b’<ab,内侧变形大，

内侧扭切应力大于直杆，外侧扭切应力小于直杆C↓，内侧应力↑(2)第一项反映了τ’’不均匀分布对内侧应力产生的影响。第11页，课件共20页，创作于2023年2月四、弹簧的变形

F→变形λ取微段ds,T→dφ，O→O’轴向变形dλ：轴向总变形G——弹簧材料的切变模量弹簧总长度：l=πD2nP234有效圈数第12页，课件共20页，创作于2023年2月弹簧刚度k：使弹簧产生单位变形所需载荷(1)C↓，k↑(2)C太小，卷绕困难，内侧应力大

C太大，弹簧易颤动

C=4～16之间，常用C=5～8(3)k还与G、d、n有关第13页，课件共20页，创作于2023年2月一、压缩弹簧结构尺寸和特性曲线18-3圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计1压缩弹簧结构尺寸计算间距δ：自由状态时存在支承圈(死圈)：弹簧两端各有3/4～5/4圈并紧磨平：长度>3/4圈，厚度=d/4不磨平：不多用总圈数n1(有支承圈)：n1=n+(1.5～2.5)节距t：t=d+δt间距δ：λ2：最大工作载荷F2时的弹簧变形量螺旋升角α：t=(0.3～0.5)D2,α=5°～9°第14页，课件共20页，创作于2023年2月弹簧丝材料的长度L：自由高度H0：两端并紧不磨平结构：H0=nδ+(n1+1)d两端并紧磨平结构：H0=nδ+(n1-0.5)d2

稳定性计算

为了便于制造和失稳，建议弹簧的长径比b=H0/D2

取值为：

两端均为铰支端，b≤2.6；

两端均为固定端时，b≤5.3；

一端固定而另一端铰支时，b≤3.7如果b大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，并限制F

小于失稳时的临界载荷

Fcr。一般取F=Fcr/(2～2.5)，

第15页，课件共20页，创作于2023年2月3压缩弹簧特性曲线载荷—变形曲线F1—最小工作载荷，安装时必须施加，F1=(0.2～0.5)F2F2—最大工作载荷，τ≤[τ]Flim—极限载荷，达到σs时的载荷H1、

H2、

Hlim

—F1、F2、Flim作用时的弹簧高度λ1、λ2、λlim

—F1、F2、Flim时的弹簧变形为避免并紧，规定λ2≤0.8nδ弹簧刚度：弹簧特性曲线是检验和试验的依据。第16页，课件共20页，创作于2023年2月卷制时有初拉力，δ=0挂钩形式：4拉伸弹簧结构特点半圆钩环形圆钩环形结构简单，制造方便，弯曲应力大，适于中小载荷和不重要场合两端具有转钩环形：活动钩，弯曲应力较小可调式拉伸弹簧：改进挂钩形式：弯曲应力小第17页，课件共20页，创作于2023年2月要求：强度、刚度、稳定性二、设计计算设计计算已知设计内容F2、λ2工作条件空间位置已知F2、λ2工作条件空间位置材料、结构型式d,D2(GB),nt,α，H0，L方法：

试算法第18页，课件共20页，创作于2023年2月18-5其它弹簧简介一、圆柱螺旋扭转弹簧承受绕轴线力矩：用于压紧或储能，如门的复位外加力矩M时，圆截面弹簧丝的最大弯曲应力与强度条件：曲度系数[σ]=1.25τ(表18-1)扭转变形：rad特点：精度高的，圈与圈之间有间隙，以防摩擦第19页，课件共20页，创作于2023年2月特点：薄钢板冲制而成，外形象碟子，变刚度二、蝶