机械设计版电子课件章弹簧.pptx

第15章弹簧§15-2弹簧的材料和制造§15-3普通圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计计算§15-1概述§15-4圆柱螺旋扭曲弹簧§15-5其他类型弹簧简介

§15-1概述概述弹簧是一种弹性元件，由于它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形，因此，被广泛应用于各类机械中。按弹簧承受载荷的性质分：拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧弯曲弹簧按照弹簧的形状分：螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用最广。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。弹簧的主要功用有：控制机械运动、缓冲和吸振、储存及输出能量、测量力的大小。螺旋弹簧碟形弹簧板簧盘簧异型弹簧环形弹簧各类弹簧及应用→弹簧分类：

§15-2弹簧的材料和制造圆柱螺旋弹簧的结构制造材料2一、弹簧的材料弹簧材料必须具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性和良好的热处理性。·常用弹簧钢：选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。优质碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、供应方便，但弹性极限低；低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹；硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好；铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。弹簧材料及性能→弹簧钢丝抗拉强度→

§15-2弹簧的材料和制造圆柱螺旋弹簧的结构制造材料2二、弹簧的制造弹簧丝的卷制↓挂钩的制作或端面圈的精加工↓热处理↓工艺试验及强压处理。螺旋弹簧的制造工艺包括：弹簧的卷制方法有冷卷法和热卷法两种。弹簧丝直径在8～10mm以下的用冷卷法，制造直径较大的强力弹簧时常用热卷法。

§15-3普通圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计计算一、普通圆柱螺旋弹簧的结构形式1、圆柱螺旋压缩弹簧弹簧的节距为t，在自由状态下，各圈之间应有适当的间距δ，以便弹簧受压时，有产生相应变形的空间。为了使弹簧在压缩后仍能保持一定的弹性，设计时还应考虑在最大载荷作用下，各圈之间仍需保留一定的间距δ1。δ1的计算式为弹簧的节距t可按下式计算

§15-3普通圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计计算2、圆柱螺旋拉伸弹簧一、普通圆柱螺旋弹簧的结构形式拉伸弹簧分为无预应力和有预应力两种。拉伸弹簧空载时，各圈应相互压紧。若压紧的弹簧各圈之间具有一定的压紧力，使弹簧丝中也产生了一定的预应力，这就是有预应力的拉伸弹簧。拉伸弹簧的端部制有挂钩，以便安装和加载。这种弹簧一定要在外加的拉力大于初拉力F0后，各圈才开始分离，因此，比无预应力的拉伸弹簧节省轴向的工作空间。

压缩弹簧拉伸弹簧§15-3普通圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计计算二、普通圆柱螺旋弹簧几何尺寸普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：线径（弹簧丝直径）d、弹簧外径D2、内径D1、中径D、节距t、螺旋升角?、弹簧有效圈数n和弹簧自有高度或长度H0。此外还应考虑弹簧旋向，通常用右旋。尺寸选取→参数计算→

§15-3普通圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计计算圆柱螺旋拉压弹簧计算2三、普通圆柱螺旋弹簧的工作情况分析设计弹簧时，应确保弹簧的工作应力在弹性极限范围内。表示弹簧载荷和变形的关系曲线称为特性曲线。1、特性曲线详细情况→2、受力及应力分析圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的受力情况完全一样。现以圆柱螺旋压缩弹簧为例进行分析。a)受力分析b)法向截面受力分析c)应力分析

§15-3普通圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计计算由于弹簧具有螺旋角α，在轴向载荷F的作用下，通过弹簧轴线的截面上作用着载荷F及扭矩T=FD/2。在弹簧丝的法向截面B—B上作用有剪切力、轴向力、弯矩及轴向扭矩。由于压缩弹簧螺旋角α很小（一般取为5o~9o），故，，因此，在截面B—B上的应力仅考虑剪切力F和轴向扭矩T产生的剪切应力，应力值可近似取为：式中，称为旋绕比。常用旋绕比取值如下。d/mm0.2~0.40.45~12.5~67~1618~427~145~124~94~84~6

§15-3普通圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计计算引入曲度系数K对上式进行修正，故弹簧丝截面上的最大切应力计算式为式中，K为曲度系数，可按下式计算圆柱螺旋压缩或拉伸弹簧受载后的轴向变形量λ，可根据材料力学关于圆柱螺旋弹簧变形量的公式求得，即使弹簧产生单位变形所需的载