第16章 弹簧.ppt

第16章弹簧 第二节弹簧的材料及制造 第三节圆柱螺旋弹簧 第一节概述 一 弹簧的功用 弹簧是常用的弹性元件 承载后能产生相当大的变形 而卸载后又能恢复原状 弹簧由于这种特有的性能 实现了机械能与变形能的相互转换 在各种机器和仪表仪器中得到了广泛的应用 第一节概述 弹簧在不同的使用场合所起的作用亦各不相同 其功用归纳起来有 1 缓和冲击和吸收振动2 储存及输出能量3 测量载荷4 控制运动 二 弹簧的类型 根据制造材料的不同 弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧 根据其形状的不同可分为螺旋弹簧 蝶形弹簧 环形弹簧 板弹簧 蜗卷弹簧等 根据其承载性质 有可分为拉伸弹簧 压缩弹簧和弯曲弹簧 表16 1弹簧的基本类型 圆柱形拉伸弹簧 圆截面圆柱形压缩弹簧 矩形截面圆柱形压缩弹簧 图16 1螺旋弹簧 圆锥形压缩弹簧 扭转弹簧 图16 1螺旋弹簧 环形弹簧 板弹簧 图16 2非螺旋弹簧 平面涡卷弹簧 碟形弹簧 1 金属弹簧的分类 1 承受扭转切应力的弹簧 1 圆柱形螺旋弹簧 图16 3所示为圆柱形压缩螺旋弹簧和圆柱形拉伸螺旋弹簧 这种弹簧结构简单 制造方便 应用最为广泛 a b 图16 3圆柱形螺旋弹簧 2 变节距圆柱形压缩螺旋弹簧 此种弹簧所受的载荷增加到一定程度后 随着载荷的增大 其弹簧圈会有小节距依次逐渐并紧 这种弹簧具有良好的减振与防振作用 因此用于高速 变载荷的机构 3 圆柱形螺旋弹簧 如图16 3所示 这种弹簧结构紧凑 稳定性好 防振能力较强 多用于需承受较大轴向载荷以及需减振的场合 2 承受弯曲应力的弹簧1 圆柱形扭转螺旋弹簧 如图16 4所示 这种弹簧结构简单 可承受转矩 主要用于各种机械装置中的储能和压紧 2 蝶形弹簧 如图16 5所示 这种弹簧的缓冲及减振能力较强 制造及维修方便 主要用于重型机械的缓冲和减振装置 3 平面蜗卷弹簧 亦称盘装弹簧 如图16 6所示 这种弹簧承受转矩 且能储存较大的能量 常用于钟表及仪表中的动力装置 图16 3圆柱形扭转螺旋弹簧 图16 5平面蜗卷弹簧 图16 4碟形弹簧 4 板弹簧 这种弹簧承受弯矩 因其变形大 吸振能力强 主要用于各种车辆的缓冲和减振装置 3 承受压缩和拉伸应力的弹簧环形弹簧由具有圆锥面的的内 外环组成 可承受较大的压力 是目前最强的压缩 缓冲弹簧 常用于重型设备 如机车车辆 锻压设备和起重机械中的缓冲装置 2 非金属弹簧的分类 非金属弹簧分为橡胶弹簧和空气弹簧 综上所述 由于非金属弹簧的吸振 隔声作用明显强于金属弹簧 因此在现代机械工业中的应用日益广泛 第二节弹簧的材料及制造 一 弹簧的材料由于工作性质和条件对弹簧材料的要求是多方面的 为保证弹簧的变形始终在弹性范围内 弹簧材料必须具有较高的弹性极限 对于经常承受交变或冲击载荷的弹簧 其材料还应具有较高的疲劳极限和足够的韧性 为了便于弹簧的制造 材料还要具有良好的塑性和热处理性能等 弹簧的常用材料有碳素弹簧钢 合金弹簧钢和有色金属合金等 选择弹簧材料时 应充分考虑弹簧的工作条件 功用 重要性和经济条件等因素 碳素弹簧钢 如65 70 85钢等 其价格便宜 供应充足 热处理后具有较高的强度 适宜的韧性和塑性 故应用最广 但它的弹性极限低 多次重复变形后易失去弹性 不适合在高于120 的温度下工作 弹簧钢丝直径大于12mm时 不易淬透 只适用于制造小尺寸的弹簧 合金弹簧钢 如硅锰钢和铬钒钢等 用于制作承受变载荷 冲击载荷或工作温度较高的弹簧 有色金属合金 如硅青铜 锡青铜和铍青铜等 用于制作在潮湿 酸性或其他腐蚀性介质中工作的弹簧 表16 1螺旋弹簧的常用材料和许用应力 表16 2碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限 MPa 在一般机械中 常用的是用圆截面金属丝绕成的圆柱螺旋压缩 拉伸 弹簧 本章只讨论这种弹簧的结构 制造与设计 二 弹簧的制造 圆柱螺旋弹簧的制造过程包括卷制 端面加工或挂钩的制作 热处理及工艺性试验等环节 卷制分冷卷和热卷两种 当簧丝直径小 通常在8mm 10mm以下时 或弹簧直径较大易于卷绕时 一般采用冷卷法 冷卷的弹簧多用经过预热处理的冷拉碳素弹簧钢丝 如果簧丝直径大于8mm 或簧丝直径虽然较小 但弹簧直径也较小 或钢丝太硬 则需采用热卷法 热卷时的温度随簧丝的粗细在800 1000 的范围内选择 不论采用冷卷或热卷 卷制后均应视其具体情况对弹簧的节距作必要的调整 弹簧制作完成后 要根据技术条件的规定 进行精度 冲击 疲劳等试验 以检验弹簧是否符合技术要求 弹簧的疲劳强度和抗冲击强度在很大程度上取决于弹簧的表面状态 所以弹簧的表面必须光洁 没有裂纹和伤痕等缺陷 脱碳层深度应符合技术条件的规定 对于重要的压缩弹簧 应在专用磨床上磨平端面 对于拉伸弹簧 两端应制出挂钩 冷卷后的弹簧不再淬火 可经过低温回火消除内应力 热卷后的弹簧则必须经过淬火和回火处理 第三节圆柱形弹簧 一 圆柱形螺旋弹簧的端部结构 1 圆柱形压缩螺旋弹簧 如图16 6所示 为常用的圆柱形压缩螺旋弹簧端部的结构形式 YI型为两端面与邻圈并紧并磨平 Y 型主要用于受交变载荷或或对垂直度要求较高的重要弹簧 Y 型则主要用于弹簧直径较大的次要弹簧 a YI型 b Y 型 c Y 型图16 6压缩弹簧的端部结构 2 圆柱螺旋拉伸弹簧 如图16 7所示为常见的圆柱形拉伸螺旋弹簧端部的结构形式 拉伸弹簧在卷绕时 各卷互相并拢 且在端部又挂钩供安装和加载用 L 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d 10mm的不重要场合 L 型的钩环由弹簧直接弯曲而成 这种弹簧亦用于弹簧丝直径d 10mm的不重要场合 L 型与 的挂钩不与弹簧丝连成一体 挂钩可任意转动 L 可任意调节弹簧长度 但结构复杂 主要用于弹簧丝较粗 守载过大的场合 型的挂钩弯曲应力小 适用于冷卷弹簧 a LI型 b LIII型 c LVII型 d LVIII型图16 7拉伸弹簧的端部结构 二 圆柱形螺旋弹簧的参数 主要尺寸及特性曲线 1 圆柱形螺旋弹簧的参数 圆柱形螺旋弹簧的主要参数如图16 8所示 有弹簧丝直径D 工作圈数n 弹簧节距t 螺旋导程角 以及旋绕比C 旋绕比 是弹簧的主要参数之一 它影响弹簧的刚度 稳定性以及制造的难以程度 设计中 一般推荐取 常用的 值为 选择时可参阅表 表16 3旋绕比 图 圆柱形螺旋弹簧的主要参数 圆柱形螺旋弹簧的几何尺寸 圆柱形螺旋弹簧的几何尺寸计算公式见表 圆柱形螺旋弹簧的特性曲线 工作在弹性变形范围内