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1、会计学1机械设计基础机械设计基础chap弹簧资料弹簧资料拉伸拉伸压缩压缩扭转扭转弯曲弯曲螺螺旋旋形形其其它它形形按形状按形状按载荷按载荷18-1 弹簧的类型和功用弹簧的类型和功用第1页/共20页n n1 1 控制机械的运动，例如内燃机中控制机械的运动，例如内燃机中控制机械的运动，例如内燃机中控制机械的运动，例如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧中的控制弹簧中的控制弹簧中的控制弹簧；2 吸收振动和冲击能量，例如各种车辆中的减振弹吸收振动和冲击能量，例如各种车辆中的减振弹簧簧 及各种缓冲器的弹
2、簧等；及各种缓冲器的弹簧等；板簧板簧 二、弹簧的功用二、弹簧的功用3 存储和释放能量，复位，例如钟表弹簧存储和释放能量，复位，例如钟表弹簧、枪栓弹簧等；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测量力的大小，例如弹簧秤和测力器中的弹簧等等。等等。第2页/共20页18-2 18-2 弹簧的制造、材料和许用应力弹簧的制造、材料和许用应力弹簧的制造、材料和许用应力弹簧的制造、材料和许用应力n n一、弹簧制造一、弹簧制造 1螺旋螺旋弹簧的制造簧的制造工工艺过程程 绕制；制；钩环制造；制造；端部的制作与精加工；端部的制作与精加工；热处理；理；工工艺试验等，等，对于重要的于重要的弹簧簧还要要
3、进行行强压处理。理。2 弹簧的簧的绕制方法制方法 冷卷法冷卷法：簧簧丝直径直径d8mm的采用冷卷法的采用冷卷法绕制。制。冷冷态下卷下卷绕的的弹簧常用冷拉并簧常用冷拉并经预先先热处理的理的优质碳素碳素弹簧簧钢丝，卷，卷绕后一般不再后一般不再进行淬火行淬火处理，只理，只须低温低温回火以消除卷回火以消除卷绕时的内的内应力。力。第3页/共20页 热热卷法：卷法：卷法：卷法：簧簧簧簧丝丝直径直径直径直径较较大（大（大（大（d8mmd8mm）的的的的弹弹簧簧簧簧则则用用用用热热卷法卷法卷法卷法绕绕制。在制。在制。在制。在热热态态下卷制的下卷制的下卷制的下卷制的弹弹簧，卷成后必簧，卷成后必簧，卷成后必簧，卷
4、成后必须进须进行淬火、中温回火等行淬火、中温回火等行淬火、中温回火等行淬火、中温回火等处处理。理。理。理。第4页/共20页二、二、二、二、弹弹簧材料簧材料簧材料簧材料n n要求要求要求要求：较高的强度极限和屈服极限，较高的弹性极限、疲较高的强度极限和屈服极限，较高的弹性极限、疲较高的强度极限和屈服极限，较高的弹性极限、疲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。劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。1 碳素碳素弹簧簧钢 c=0.60.9%，65、7
5、0、85 强度高，性能好，适于做小弹簧，强度高，性能好，适于做小弹簧，d12mm时不易淬时不易淬透透2 合金合金弹簧簧钢 6060Si2Mn、60Si2MnA：弹性好，回火稳定，易脱碳，弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧适于做受大载荷的弹簧4 4Cr13：耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧1 1Cr18Ni9Ti：耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧Co40CrNiTiMo：耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性不不锈锈钢钢表表18-1第5页/共20页n n3 3 有色金属合金有色金属合金有色金属合金有色金属合金Qsi-3
6、、QSn4-3：耐腐蚀，防磁好耐腐蚀，防磁好Qbe2：耐腐蚀，防磁，导电性及弹性耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好好三、三、三、三、弹弹簧簧簧簧的许用应力的许用应力的许用应力的许用应力表表18-1、表、表18-21 确定弹簧许用应力时应考虑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、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、弹簧丝直径工作条件、重要程度、弹簧丝直径2 按载荷性质分类按载荷性质分类类类受变载荷次数受变载荷次数106次以上。内燃机气门弹簧、电磁制动器次以上。内燃机气门弹簧、电磁制动器类类受变载荷次数受变载荷次数103 105次以上。调速器、安
7、全阀、一般车辆次以上。调速器、安全阀、一般车辆类类受变载荷次数受变载荷次数103以下。摩擦式安全离合器以下。摩擦式安全离合器第6页/共20页一、一、一、一、弹簧的主要尺寸弹簧的主要尺寸弹簧的主要尺寸弹簧的主要尺寸 18-3 18-3 圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的应力与变形圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的应力与变形圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的应力与变形圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的应力与变形弹簧丝直径弹簧丝直径d 弹簧圈外径弹簧圈外径D 弹簧圈内径弹簧圈内径D1 弹簧圈中径弹簧圈中径D2 节距节距t螺旋升角螺旋升角：9自由长度自由长度H0第7页/共20页二、弹簧的受力二、弹簧的受力二、弹簧的受力二、弹簧的受力 忽略弹
8、簧丝弯曲，忽略弹簧丝弯曲，T产生的应力：产生的应力：受力受力：剪力：剪力F T=FD2/2 F产生的应力：产生的应力：最大切应力：弹簧丝截面最大切应力：弹簧丝截面内侧内侧第8页/共20页旋绕比旋绕比(弹簧指数弹簧指数)C：衡量弹簧曲率的重要参数。衡量弹簧曲率的重要参数。簧丝最大切应力：簧丝最大切应力：三、弹簧的强度三、弹簧的强度 K曲度系数曲度系数 图图18-6钢丝直钢丝直径径第9页/共20页分析：分析：(1)第二项反映了弹簧丝曲率第二项反映了弹簧丝曲率对扭切应力影响。对扭切应力影响。T，aa 与与bb相对转动，相对转动，ab3/4圈，厚度圈，厚度=d/4不磨平：不多用不磨平：不多用总圈数总圈
9、数n1(有支承圈有支承圈)：n1=n+(1.5 2.5)节距节距t：t=d+t间距间距：2：最大工作载荷最大工作载荷F2时时 的弹簧变形量的弹簧变形量螺旋升角螺旋升角：t=(0.3 0.5)D2,=5 9第13页/共20页弹簧丝材料的长度弹簧丝材料的长度L：自由高度自由高度H0：两端并紧不磨平结构：两端并紧不磨平结构：H0=n+(n1+1)d两端并紧磨平结构：两端并紧磨平结构：H0=n+(n1-0.5)d2 稳定性计算稳定性计算 为了便于制造和失稳，建议弹簧的长径比为了便于制造和失稳，建议弹簧的长径比 b=H0/D2 取值为：取值为：两端均为铰支端，两端均为铰支端，b2.6；两端均为固定端时，
10、两端均为固定端时，b5.3；一端固定而另一端铰支时，一端固定而另一端铰支时，b3.7如果如果b大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，并限制大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，并限制F 小于失稳时的临界载荷小于失稳时的临界载荷 Fcr。一般取一般取 F=Fcr/(22.5)，第14页/共20页3 压缩弹簧特性曲线压缩弹簧特性曲线载荷载荷变形曲线变形曲线F1最小工作载荷，安装时必须施加，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，最大工作载荷，Flim极限载荷，达到极限载荷，达到s时的载荷时的载荷H1、H2、Hlim F1、F2、Flim作用时的弹簧高度作用时的弹
11、簧高度1、2、lim F1、F2、Flim时的弹簧变形时的弹簧变形为避免并紧，规定为避免并紧，规定20.8n弹簧刚度：弹簧刚度：弹簧特性曲线是检验和试验的依据。弹簧特性曲线是检验和试验的依据。第15页/共20页n n卷制时有初拉力，卷制时有初拉力，卷制时有初拉力，卷制时有初拉力，=0=0n n挂钩形式挂钩形式挂钩形式挂钩形式：4 4 拉伸弹簧结构特点拉伸弹簧结构特点拉伸弹簧结构特点拉伸弹簧结构特点半圆钩环半圆钩环形形圆钩环形圆钩环形结构简单，制造方便，弯结构简单，制造方便，弯曲应力大，适于中小载荷曲应力大，适于中小载荷和不重要场合和不重要场合两端具有转钩环形：活动钩，弯曲应力较小两端具有转钩环
12、形：活动钩，弯曲应力较小可调式拉伸弹簧：可调式拉伸弹簧：改进挂钩形式：弯曲应力小改进挂钩形式：弯曲应力小第16页/共20页n n要求：强度、刚度、稳定性要求：强度、刚度、稳定性要求：强度、刚度、稳定性要求：强度、刚度、稳定性二、设计计算二、设计计算二、设计计算二、设计计算设计计算设计计算已知已知设计内设计内容容F2、2工作条件工作条件空间位置空间位置已知已知F2、2工作条件工作条件空间位置空间位置材料、结构型式材料、结构型式d,D2(GB),nt,，H0，L方法：方法：试算法试算法第17页/共20页18-5 18-5 其它弹簧简介其它弹簧简介其它弹簧简介其它弹簧简介一、圆柱螺旋扭转弹簧一、圆柱
13、螺旋扭转弹簧一、圆柱螺旋扭转弹簧一、圆柱螺旋扭转弹簧承受绕轴线力矩：用于压紧或储能，如门的复位承受绕轴线力矩：用于压紧或储能，如门的复位外加力矩外加力矩M时，圆截面弹簧丝的时，圆截面弹簧丝的最大弯曲应力与强度条件最大弯曲应力与强度条件：曲度系数曲度系数=1.25(表表18-1)扭转变形：扭转变形：rad特点特点：精度高的，圈与：精度高的，圈与圈之间有间隙，圈之间有间隙，以防摩擦以防摩擦第18页/共20页特点特点特点特点：薄钢板冲制而成，：薄钢板冲制而成，：薄钢板冲制而成，：薄钢板冲制而成，外形象碟子，变刚度外形象碟子，变刚度外形象碟子，变刚度外形象碟子，变刚度二、蝶形弹二、蝶形弹二、蝶形弹二、蝶形弹簧簧簧簧当当h/t=1.5时，曲线的中时，曲线的中间接近水平，提供了在一间接近水平，提供了在一定变形范围内保持载荷恒定变形范围内保持载荷恒定的方法。定的方法。使用：使用：组合应用组合应用 变形量增加，承载能力不变形量增加，承载能力不变变 工作过程中弹簧片间有摩工作过程中弹簧片间有摩擦，擦，故故 加载与卸载曲线不重合加载与卸载曲线不重合E叠合式与复合式叠合式与复合式叠合式：叠合式：变形不变，承载能力变形不变，承载能力复合式：复合式：变形、承载能力变形、承载能力第19页/共20页