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1、第第14章章 弹簧弹簧14.1 弹簧的类型和应用弹簧的类型和应用14.2 圆柱螺旋弹簧的结构圆柱螺旋弹簧的结构 形式材料及制造形式材料及制造14.3 圆柱螺旋弹簧的特性曲线圆柱螺旋弹簧的特性曲线 主要参数及几何尺寸计算主要参数及几何尺寸计算弹簧弹簧第第14章章 弹弹 簧簧14.1 弹簧的类型和应用弹簧的类型和应用一、弹簧的功用一、弹簧的功用 缓冲和吸振缓冲和吸振 测量力和力矩测量力和力矩 控制机构的运动控制机构的运动 贮存和输出能量贮存和输出能量 车辆的缓冲弹簧车辆的缓冲弹簧 弹簧秤弹簧秤 14.1 弹簧的类型和应用弹簧的类型和应用二、弹簧的类型二、弹簧的类型按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为
2、：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧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和弯曲弹簧 等，常见的弹簧如下：等，常见的弹簧如下：拉伸弹簧拉伸弹簧 圆截面压圆截面压缩弹簧缩弹簧变节距压变节距压缩弹簧缩弹簧 圆锥螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧 碟形弹簧碟形弹簧 涡卷弹簧涡卷弹簧 环形弹簧环形弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 涡卷弹簧涡卷弹簧 板簧板簧 14.1 弹簧的类型和应用弹簧的类型和应用拉伸弹簧拉伸弹簧 圆截面压缩弹簧圆截面压缩弹簧 这两种弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最为广泛这两种弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最为广泛 14.1 弹簧的类型和应用弹簧的类型和应用缓冲
3、及减振能力较强，制造及维缓冲及减振能力较强，制造及维护方便。主要用于重型机械的缓护方便。主要用于重型机械的缓冲和减振装置冲和减振装置 碟形弹簧碟形弹簧 涡卷弹簧涡卷弹簧 此种弹簧能储存较大的能量，常用此种弹簧能储存较大的能量，常用于钟表及仪表中的动力装置于钟表及仪表中的动力装置 14.1 弹簧的类型和应用弹簧的类型和应用环形弹簧环形弹簧 可承受较大的压力，缓冲能力很强，常用于重型设备的缓冲装置可承受较大的压力，缓冲能力很强，常用于重型设备的缓冲装置 14.1 弹簧的类型和应用弹簧的类型和应用扭转弹簧扭转弹簧 结构简单，主要用于各种机械装置中的压紧和储能结构简单，主要用于各种机械装置中的压紧和储
4、能 14.1 弹簧的类型和应用弹簧的类型和应用板簧板簧 此种弹簧变形大、吸振能力强，主要用于各种车辆的缓冲和减振装置此种弹簧变形大、吸振能力强，主要用于各种车辆的缓冲和减振装置 14.2 圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造 一、圆柱螺旋弹簧的结构形式一、圆柱螺旋弹簧的结构形式 在重要的场合下，应采用两端圈并紧在重要的场合下，应采用两端圈并紧并磨平的并磨平的Y型端部结构，以保证弹簧型端部结构，以保证弹簧轴线与支承面垂直，从而使弹簧受压轴线与支承面垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。时不致歪斜。Y型则主要用于弹簧直型则主要用于弹簧直径较大的次要场合径较大的次要场合 1
5、、圆柱形压缩螺旋弹簧端部的结构形式、圆柱形压缩螺旋弹簧端部的结构形式2、圆柱形拉伸弹簧端部的结构形式、圆柱形拉伸弹簧端部的结构形式圆柱螺旋拉伸弹簧在自由状态下各圈相互并拢，即间距等于零。为了便于安装和加圆柱螺旋拉伸弹簧在自由状态下各圈相互并拢，即间距等于零。为了便于安装和加载，在其端部制有钩环，载，在其端部制有钩环，L、L型的钩环由弹簧直接弯曲而成，这种弹簧主要用型的钩环由弹簧直接弯曲而成，这种弹簧主要用于弹簧丝直径于弹簧丝直径d10mm的不重要场合；的不重要场合；L型与型与L型的挂钩不与弹簧丝联成一体，型的挂钩不与弹簧丝联成一体，挂钩可任意转动。在受力较大的场合，最好采用挂钩可任意转动。在受
6、力较大的场合，最好采用L型钩环，但其价格较贵。型钩环，但其价格较贵。14.2 圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造 二、弹簧的材料及许用应力二、弹簧的材料及许用应力 14.2 圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造圆柱螺旋弹簧的结构形式、材料及制造 为了使弹簧能可靠地工作，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，为了使弹簧能可靠地工作，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，同时应具有足够的韧性和塑性，以及良好的热处理性。常用的弹簧材料同时应具有足够的韧性和塑性，以及良好的热处理性。常用的弹簧材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、弹簧用不锈钢和有色金属合金等有碳素弹簧钢、合
7、金弹簧钢、弹簧用不锈钢和有色金属合金等 卷制卷制挂钩的制作或端面圈的精加工挂钩的制作或端面圈的精加工热处理热处理工艺试验及强压处理。工艺试验及强压处理。螺旋弹簧的制造工艺包括：螺旋弹簧的制造工艺包括：三、弹簧的制造三、弹簧的制造 14.3 圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 一、圆柱螺旋弹簧的特性曲线一、圆柱螺旋弹簧的特性曲线表示载荷与相应变形之间关系的曲线称为弹簧的特性曲线表示载荷与相应变形之间关系的曲线称为弹簧的特性曲线下图为圆柱形等节距拉伸螺旋弹簧及其特性线下图为圆柱形等节距拉伸螺旋弹簧及其特性线 1与与2之差称为弹簧的工作行程之
8、差称为弹簧的工作行程Flim为弹簧的极限工作载荷，在它的作用下弹为弹簧的极限工作载荷，在它的作用下弹簧丝内的应力达到了弹簧材料的屈服极限。簧丝内的应力达到了弹簧材料的屈服极限。弹簧的最小工作载荷通常取为弹簧的最小工作载荷通常取为最大工作载荷通常取最大工作载荷通常取在弹性极限范围内，等节距的圆柱螺旋弹簧的在弹性极限范围内，等节距的圆柱螺旋弹簧的特性曲线为一直线，则有特性曲线为一直线，则有k为弹簧的刚度为弹簧的刚度 14.3 圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 右图为圆柱形等节右图为圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及距压缩螺旋弹簧及其特性线其特性线
9、14.3 圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 二、二、圆柱螺旋弹簧的几何尺寸圆柱螺旋弹簧的几何尺寸 中径中径 D外径外径D2内径内径D1节距节距p螺旋升角螺旋升角弹簧丝直径弹簧丝直径d圈数圈数n旋绕比旋绕比C 主要参数：主要参数：弹簧刚度和旋绕比是弹簧的两个重要参数。在弹簧丝直径弹簧刚度和旋绕比是弹簧的两个重要参数。在弹簧丝直径d和其他条件相同的情况和其他条件相同的情况下，旋绕比下，旋绕比C越小，弹簧刚度越小，弹簧刚度k越大，弹簧越硬，弹簧的卷制越困难；相反旋绕比越大，弹簧越硬，弹簧的卷制越困难；相反旋绕比C取得过小，则弹簧刚度过小，工
10、作时容易颤动取得过小，则弹簧刚度过小，工作时容易颤动 14.3 圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 二、二、圆柱螺旋弹簧的几何尺寸圆柱螺旋弹簧的几何尺寸 C值的常用范围值的常用范围C=510。设计时可根据弹簧丝的直径选取，如表下所示。设计时可根据弹簧丝的直径选取，如表下所示。d d/mm/mm0.20.20.40.40.50.51.01.01.21.22.02.02.52.56.06.07.07.016161818C CD D/d d7 714145 512125 510104 49 94 48 84 46 6弹簧的工作圈数弹簧的工作圈
11、数n等于总圈数等于总圈数n1减去支撑圈数减去支撑圈数nz。为使弹簧具有稳定的工作。为使弹簧具有稳定的工作性能，应使弹簧的有效圈数大于等于性能，应使弹簧的有效圈数大于等于2，支撑圈的圈数一般为，支撑圈的圈数一般为1.5、2、2.5。为使弹簧工作平稳，总圈数最好为为使弹簧工作平稳，总圈数最好为0.5的倍数的倍数 14.3 圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算圆柱螺旋弹簧的特性曲线、主要参数及几何尺寸计算 几几何何尺尺寸寸计计算算几何尺寸几何尺寸压缩弹簧压缩弹簧拉伸弹簧拉伸弹簧簧丝直径簧丝直径 d d由强度设计计算确定由强度设计计算确定弹簧外径弹簧外径D DD DD D2 2d d弹簧中径
12、弹簧中径D D2 2D D2 2CdCd弹簧内径弹簧内径D D1 1D DD D2 2d d间距间距=t td d=0=0节距节距t tt=+d+max/n=D2/3D2/2t t=d d螺旋升角螺旋升角=arctanarctan t/t/D D2（对压缩弹簧（对压缩弹簧 5 59 9 ）工作圈数工作圈数n n由刚度计算决定由刚度计算决定弹簧总圈数弹簧总圈数n n1 1n n1 1=n n+(1.5+(1.52.5)2.5)n n1 1=n n弹簧自由高度弹簧自由高度H H0 0两端并紧磨平两端并紧磨平(Y型型)H0=nt+(n1-n-0.5)d两端并紧磨平两端并紧磨平(Y型型)H0=nt+(n1-n-0.5)d弹簧展开长度弹簧展开长度L LL=D D2n1/cos/cos钩环长度钩环长度机械工业出版社机械工业出版社