机械设计基础 第五版 课件 CH13 弹簧

第十三章弹簧——机械设计基础§13-1弹簧的功用和类型§13-2弹簧的制造、材料及许用应力§13-3圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算第十三章弹簧一、弹簧的功用§13-1弹簧的功用和类型(1)缓冲和减振。如汽车、火车车箱下的减振弹簧，各种缓冲器的缓冲弹簧等；(2)控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹簧，离合器中的控制弹簧等；(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。如弹簧秤，测力器中的弹簧等。二、弹簧的类型§13-2弹簧的制造、材料及许用应力常用弹簧材料的机械性能及用途见表13-1～13-3二、

弹簧的制造

螺旋弹簧的制造工艺过程包括：卷制、挂钩的制作或端面圈的精加工、热处理和工艺性能试验。一.弹簧的材料和许用应力

弹簧在工作中常受交变和冲击载荷，又要求有较大的变形，所以弹簧材料应具有高的抗拉强度、弹性极限和疲劳强度。在工艺上要有一定的淬透性、不易脱碳，表面质量好。拉伸弹簧的端部制有挂钩，以便安装和加载。可调式（LⅦ型）和可转式（LⅧ型）挂钩受力情况较好，且可转向任何位置以便于安装。常用的端部结构有四种型式（如图所示）；半圆钩环（LⅠ型）、圆钩环（LⅡ型）制造方便，应用广泛，但因挂钩过渡处产生很大弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径的弹簧。半圆钩型圆钩型可调式可转式弹簧在弹性范围内工作时，其变形量随载荷的变化而改变，表示弹簧工作过程中所受载荷与变形量之间关系的曲线，称为弹簧的特性线。

特性线给设计弹簧时的力分析提供了方便，同时也是弹簧质量检验或实验的重要依据。

在弹性范围内工作的等节距圆柱螺旋弹簧，其载荷与变形成正比，故特性曲线为一条直线。一、

弹簧的特性曲线§13-3圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算图中

H0——未受载荷时弹簧的自由长度；

——最小载荷，即弹簧在安装时所预加的压力（安装负荷），目的是使弹簧紧贴在弹簧座上，这时的变形量为

1

，弹簧长度为；

——最大工作载荷，这时的变形量为

2

，弹簧的长为；Flim

——极限载荷，这时的变形量为

lim

；h——弹簧的工作行程，h=

2-

1承受极限载荷Flim时，应力不得超过表13-3的剪切弹性极限，以免出现塑性变形

。最小载荷一般取≥0.2

Flim

。压缩弹簧除参加变形的有效圈数外，为了使压缩弹簧工作时受力均匀，保证弹簧中心线垂直于端面，弹簧两端各有0～1.25圈并紧起支承作用，工作时不参与变形，故称为死圈或支承圈。

支承圈端面与弹簧座接触，最常见的端部结构有并紧不磨平和并紧磨平型两种，如图所示。二、

弹簧的结构和几何尺寸在重要场合应采用并紧磨平型型，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。端部磨平部分的长度不少于3/4圈。下图分别为圆柱螺旋压缩弹簧和拉伸弹簧的一般结构。基本参数和几何尺寸计算公式表圆柱螺旋压缩弹簧图圆柱螺旋拉伸弹簧图

右图为圆柱形螺旋压缩弹簧，三、弹簧的的强度计算

承受轴向工作载荷由截面法分析，得知弹簧丝截面受剪力及扭矩，扭矩引起的剪应力为若考虑剪力引起剪应力的影响和弹簧丝呈螺旋状曲率影响，最大剪应力发生在弹簧内侧图，其数值与强度条件应为式中

——旋绕比，可按下页表选用；

——弹簧曲度系数，

F——弹簧的工作载荷，N；

D——弹簧中径，mm；

d——材料直径，mm。在上式中，以弹簧的最大工作载荷代替，便可得到按强度条件计算弹簧钢丝直径的公式拉伸弹簧强度计算方法与压缩弹簧相同。式中G——弹簧材料的剪切弹性模量四、

弹簧工作圈数由材料力学可知，弹簧受轴向载荷后产生的变形量为设计时按最大工作载荷和相应的变形量，利用上式可求出弹簧所需的有效圈数最少有效圈数为2圈，一般不少于3圈。弹簧载荷与对应变形的比值称为弹簧刚度，用k表示，由上式可知，K’为常数，即载荷与变形成直线关系。弹簧刚度所映了弹簧抵抗变形的能力。由上式知，C越大，弹簧刚度越小，即弹簧越软，工作时，会引起颤动；C越小，弹簧刚度越大，卷绕越困难。一般取C=4～16，常用范围为5～10。当两端固定时：

对于压缩簧，如果圈数较多，弹簧高径比过大，承压时会丧失稳定为了稳定性和便于制造，高径比应满足