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1、弹簧的类型和特性曲线表15.115.2 圆柱螺旋弹簧的类型与特性曲线、制造及许用应力（1）弹簧的类型第1页/共42页第2页/共42页（2）弹簧的特性线和刚度对于变刚度弹簧（例如圆锥型螺旋弹簧为渐增型曲线当载荷达到一定程度后，刚度集聚增加，起到保护弹簧的作用。第3页/共42页（3）弹簧的变形能（弹簧功）在加载过程中弹簧所吸收的能量为变形能OAB面积 弹簧在工作过程中，若存在摩擦，将因摩擦而消耗一部分能量U0U0与U的比值称为阻尼系数 即 R=U0/U阻尼系数越大缓冲吸振的能力越强图15.1第4页/共42页圆柱形螺旋弹簧的结构、材料及制造圆柱形螺旋弹簧的结构、材料及制造圆柱形螺旋弹簧的结构、材料及
2、制造圆柱形螺旋弹簧的结构、材料及制造一、圆柱形螺旋弹簧的结构第5页/共42页表15.3第6页/共42页二、弹簧的材料和许用应力材料：1、具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限，较高的冲击韧性。2、良好的塑性，硬度均匀 3、良好的热处理性能，持久的弹性等 材料选择与许用应力见表15.4 按载荷性质及使用中的重要程度，弹簧可分为3类：类是用于承受载荷循环次数在106次以上的变载荷的弹簧；类是用于承受载荷循环次数在103106次之间的变载荷或承受冲出载荷的弹簧，以及承受静载荷的重要弹簧；类是用于承受载荷循环次数在103以下的变载荷弹簧或承受静载荷的一般弹簧。第7页/共42页碳素弹簧钢丝材料的
3、力学性能按强度高低分A、B、C 3组：A组为低级，B组为中级，C组为高级，碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限B与其材料的力学性能组别及钢丝直径d有关。第8页/共42页第9页/共42页三、弹簧的制造主要有冷卷法：弹簧丝直径d8mm，卷好的弹簧经淬火和回火处理。第10页/共42页15.3 15.3 15.3 15.3 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算计算计算计算一、弹簧的基本几何参数和特性线1、基本几何参数第11页/共42页图15.3a、压缩弹簧特性线2、弹簧特性线第12页/共42页b、拉伸弹簧特性线分无预
4、应力拉伸弹簧和有预应力拉伸弹簧无预应力拉伸弹簧有预应力拉伸弹簧第13页/共42页二、弹簧的强度计算二、弹簧的强度计算目的：计算弹簧丝的直径 压缩弹簧在轴向力F的作用，弹簧丝剖面上作用有转矩T=FD/2和切向力F，横向力轴向力弯矩扭矩cos1sin0第14页/共42页合成后弹簧丝内侧点的切应力最大，其值为：K弹簧曲度系数C弹簧旋绕比616常用C=58见表15.8第15页/共42页按强度条件计算弹簧丝直径d，以Fmax代替F注意：计算时，C与与弹簧丝直径d有关方法：先估计d，查得C与后，试算出dt 与d比较，如果差别大再重新估算。直至得到满意结果，圆整为标准值。第16页/共42页三、弹簧的刚度计算
5、三、弹簧的刚度计算目的：确定弹簧丝的刚度kF根据材料力学公式，圆柱形拉伸或压缩弹簧在轴向力F的作用的变形量为：对有预应力F0的拉伸弹簧预应力F0弹簧丝的刚度kF切应力放大第17页/共42页kF与C的3次方成反比，控制C或D来改变kF最有效第18页/共42页四、弹簧的稳定性四、弹簧的稳定性目的：防止失稳设压缩弹簧的长细比b=H0/D：满足弹簧稳定性的条件：弹簧两端固定时，b5.3;弹簧一端固定，另一端铰支时，b3.7弹簧两端铰支时，b103）的弹簧要进行疲劳强度 计算1、疲劳强度验算材料内部产生的最大和最小循环工作应力：0弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限（MPa）SF许用安全系数，计算精确SF=1
6、.31.7，精度低SF=1.82.2 载荷作用载荷作用载荷作用载荷作用次数次数次数次数N N10104 410105 510106 610107 7 0 00.450.45B B0.350.35B B0.330.33B B0.300.30B B第23页/共42页S弹簧材料的剪切屈服极限（MPa）碳素弹簧钢0.5B，硅锰弹簧钢0.6B，铬钒弹簧钢0.7B2、静强度验算SS 许用安全系数，与SF相同第24页/共42页例15.1 试计算一圆柱压缩螺旋弹簧。已知最大工作载荷Fmax=800N，最小工作载荷Fmin=300N，要求弹簧的工作行程h=40mm，该弹簧属类，采用两端固定支座。解题思路：1、选
7、择弹簧材料，初定弹簧丝直径d，并确定许用应力2、计算弹簧丝直径d3、根据初算的弹簧刚度，计算弹簧工作圈数n，然后确定弹簧刚度。4、计算弹簧的几何尺寸。5、验算弹簧的稳定性。6、由于未知工作循环次数，所以不验算疲劳强度与静强度7、绘制弹簧零件工作图第25页/共42页查表15.4查表15.5第26页/共42页弹簧丝弹簧丝弹簧丝弹簧丝d/mm0.10.40.10.40.510.511.22.21.22.22.562.5671671618401840C C71471451251251051041041048484646表15.8圆柱螺旋弹簧常用旋绕比C第27页/共42页第28页/共42页第29页/共4
8、2页第30页/共42页第31页/共42页作业15.115.2第32页/共42页15.1一类圆柱压缩螺旋弹簧，材料为B组碳素弹簧钢丝，D=40mm，d=5mm，n=6。试求该弹簧所能承受的最大工作载荷Fmax以及相应的变形量max。解：弹簧再Fmax时弹簧丝之间的最小间隙1=0.1d=0.5mm，弹簧旋绕比C=D/d=40/5=8，查表15.5，B=1200MPa，查表15.4，=0.3B=360MPa由式15.7弹簧的自由高度H0=(n+2)d+0.5n+max=65.42mm66mm第33页/共42页15.2要求一圆柱压缩螺旋弹簧工作时能承受的最大工作载荷Fmax=500 N，最小工作载荷F
9、min=200 N，工作行程h=20mm，属类弹簧，一般工作环境，两端为固定支座，要求弹簧外径D25.3弹簧可能不稳定Fc=CukfH0=0.2214.8193=628.4N2.5500=1250N弹簧不稳定,必须加导向套筒第36页/共42页15.3试设计一圆柱压缩螺旋弹簧。已知Fmax=700 N，max=50mm，弹簧套在直径为22mm的轴上工作，要求最大外径小于42mm，自由高度不超过165 mm，端部并紧磨平。第37页/共42页15.4设计一圆柱拉伸螺旋弹簧，当Fmax=400N，Fmin=200N时，max=30mm，min=20mm。载荷平稳，N103次。第38页/共42页返回第39页/共42页返回第40页/共42页返回第41页/共42页42感谢您的观看！第42页/共42页