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1、重点与重点与难难点点弹簧的应力、变形及圆柱形螺旋压缩（拉伸）弹簧弹簧的应力、变形及圆柱形螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算。的设计计算。教学基本要求教学基本要求1了解了解弹弹簧的功用、簧的功用、类类型、型、结结构、材料与制造；构、材料与制造；2掌握掌握弹弹簧的簧的应应力、力、变变形及特性曲形及特性曲线线；3掌握掌握圆圆柱形螺旋柱形螺旋弹弹簧的簧的设计计设计计算。算。第第11章章 弹弹 簧簧11.1.1弹簧的功用弹簧的功用1 1 缓冲及吸振缓冲及吸振2 2 控制运动控制运动3 3 储存能量储存能量4 4 测力测力11.1 概述概述 第第11章章 弹弹 簧簧11.1.2 弹簧的类型弹簧的类型1 按受力
2、不同按受力不同：压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧2 按外形不同按外形不同螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧 11.2 圆柱螺旋弹簧的材料、结构与制造圆柱螺旋弹簧的材料、结构与制造2)常用材料常用材料 碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢、有色金属等碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢、有色金属等11.2.1 弹簧材料及许用应力弹簧材料及许用应力弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关(见表见表)(1)较高的弹性极限和疲劳极限较高的弹性极限和疲劳极限(2)良好的韧性及热处理性能良
3、好的韧性及热处理性能。1 弹簧材料弹簧材料1)对弹簧材料的要求对弹簧材料的要求2 许用应力许用应力 表11.1 弹簧材料及许用应力类 别代 号许用应力(MPa)推荐硬度（HRC）推荐使用温度(C)特性及用途I类II类III类钢丝碳素弹簧钢丝B、C、D级0.3B0.4B0.5B-40120强度高、加工性能好，适用于小尺寸弹簧65Mn60Si2Mn4806408004550-40200弹性好，适用于大载荷弹簧60Si2MnA480640800-4020050CrVA450600750-40200疲劳性及淬透性好不锈钢丝1Cr18Ni9Ti330440550-250290耐腐蚀性好，适用小尺寸簧弹4
4、Cr134506007504853-40300铜合金QSi3-127036045090100(HB)-40120耐腐蚀性好，防磁性好，弹性好QBe23604505603740-4012011.22圆柱形螺旋弹簧的结构圆柱形螺旋弹簧的结构1.压缩弹簧压缩弹簧2.拉伸弹簧拉伸弹簧11.2.3 螺旋弹簧的制造螺旋弹簧的制造螺旋弹簧的制造过程主要包括：螺旋弹簧的制造过程主要包括：1)卷绕卷绕 冷卷冷卷 弹簧丝直径较小，低温回火弹簧丝直径较小，低温回火 热卷热卷 弹簧丝直径较大，淬火及回火弹簧丝直径较大，淬火及回火2)钩环的制作或两端的加工钩环的制作或两端的加工3 )热处理热处理4 )工艺试验。工艺试验
5、。强压处理是指将弹簧预先压制到超过材料的屈服极限，并保持一段时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应力方向相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应力，可提高弹簧的承载能力 11.3 圆柱形螺旋拉压弹簧的设计计算圆柱形螺旋拉压弹簧的设计计算11.3.1圆柱螺旋弹簧的几何尺寸圆柱螺旋弹簧的几何尺寸11.3.2 圆柱螺旋圆柱螺旋拉压拉压弹簧的特性线弹簧的特性线1压缩弹簧的特性线压缩弹簧的特性线表示弹簧载荷与变形之间关系的曲线称为弹簧特性线。2拉伸弹簧的特性线拉伸弹簧的特性线11.3.3圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧的应力及变形圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧的应力及变形1弹簧的应力11.3.3圆柱形螺旋拉伸（压缩
6、）弹簧的应力及变形圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧的应力及变形由材料力学，圆柱形拉压弹簧受载荷后轴向变形量：由材料力学，圆柱形拉压弹簧受载荷后轴向变形量：2 弹簧的变形弹簧的变形定刚度的压缩和拉伸弹簧的刚度为定刚度的压缩和拉伸弹簧的刚度为表15.4 圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算参数名称及其代号单位计 算 公 式备 注压缩弹簧拉伸弹簧弹簧丝直径dmm根据强度条件计算确定弹簧外径DmmD=D2+d D2弹簧中径弹簧内径D1mmD1=D2-d节距tmm t=(0.280.5)D2t=d工作圈数n根据工作条件确定总圈数n1n1=n+(1.52.5)n1=n自由高度H0mm两端磨平H0=nt+(n1-n-0.5)
7、d两端不磨平H0=nt+(n1-n+1)dH0=nt+挂钩轴向尺寸间 距mm=t-d,t max/n +0.1d螺旋升角（）对压缩弹簧推荐：=59弹簧丝展开长度LmmL=D2n1/cosL=D2n1+挂钩展开长度11.4 圆柱形拉压弹簧的设计计算圆柱形拉压弹簧的设计计算11.4.1 圆柱螺旋弹簧的结构与几何尺寸圆柱螺旋弹簧的结构与几何尺寸1 圆柱螺旋弹簧的结构圆柱螺旋弹簧的结构1)压缩弹簧 弹簧两端并紧，不参与弹簧变形，只起支承作用，称死圈拉伸弹簧用圆形簧丝卷绕而成，在卷制时各圈相互并紧2)拉伸弹簧2 几何尺寸几何尺寸(见表见表)2)拉伸弹簧拉伸弹簧有初应力（图15.6 b）无初应力（图15.6 a）1、已知条件、已知条件2、设计步骤、设计步骤：1）根据工作条件选定弹簧材料并求许用应力；2）选择旋绕比C、计算曲度系k1；3）强度计算1）弹簧受的最大工作载荷F22）相应的弹簧压缩变形量3）其他要求（如空间位置要求、工作温度等）11.3.4圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的设计计算圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的设计计算4）刚度计算 可得弹簧工作圈数5）稳定性计算 B=H0/D2 6）结构设计(按表)两端固定时，取b5.3；一端固定，另一端铰支，取b3.7；两端铰支，取b2.6。7）绘制弹簧工作图。