第十六章 弹簧.ppt

第十六章弹簧 16 1概述 1 控制机构的运动或零件的位置2 缓冲及减振3 储存及输出能量4 测量力和力矩 一 弹簧的功用 按受力性质分 压缩弹簧 拉伸弹簧 扭转弹簧和弯曲弹簧 二 弹簧的基本类型 见表16 1 按形状分 螺旋弹簧 碟形弹簧 环形弹簧 盘弹簧和板弹簧 弹簧特性曲线 表示弹簧载荷与变形量之间的关系曲线 弹簧刚度 弹簧的载荷变化量与变形变化量之比 以k表示 拉压弹簧 扭转弹簧 弹簧特性线呈直线的 其刚度为常数 称为定刚度弹簧 当特性线呈折线或曲线时 其刚度是变化的 称为变刚度弹簧 常见弹簧的种类及特性曲线 1 弹簧特性线和刚度 三 弹簧的工作原理 2 变形能 加载过程中弹簧所吸收的能量称为变形能 对于拉 压弹簧 对于扭转弹簧 加载与卸载特性线所包围的面积即代表消耗的能量U0 U0越大 说明弹簧的吸振能力越强 U0与U之比值称为阻尼系数 16 2圆柱螺旋弹簧的结构 制造及材料 1 压缩弹簧弹簧两端的端面圈与邻圈并紧 不参与弹簧变形 只起支承的作用 俗称死圈 一 圆柱螺旋弹簧的结构 2 拉伸弹簧 如图 圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态 此时弹簧各圈应互相并拢 拉伸弹簧分无初拉力和有初拉力两种 拉伸弹簧的端部结构形式 二 圆柱螺旋弹簧的制造 制造工艺 1 卷制冷卷法 弹簧丝直径较小 低温回火热卷法 弹簧丝直径较大 淬火及回火2 挂钩的制作或端面圈的精加工3 热处理4 工艺试验及强压处理 三 圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力 1 弹簧的材料 弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限 足够的韧性和塑性 良好的热处理性能 常用的弹簧材料有 碳素弹簧钢 如60 75 65Mn等合金弹簧钢 如60Si2MnA 50Cr VA不锈钢 如1Cr18Ni9铜合金 如QBe2非金属 如橡胶 塑料 弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关 见表16 2 2 弹簧的许用应力 16 3圆柱螺旋压缩 拉伸 弹簧的设计计算 一 基本参数及其选择 圆柱螺旋弹簧的主要参数有 簧丝直径d 表16 5标准系列弹簧中径D 表16 5标准系列内径D1 D D d外径D2 D2 D d弹簧节距p tan p D螺旋升角 5 9 旋绕比C C D d查表16 6其他参数 n 有效圈数 H0 自由高度 查表16 5 二 弹簧特性曲线 无载荷 弹簧为不受力状态 弹簧的自由高度为H0初始载荷Fmin 弹簧的最小载荷 弹簧压缩到H1 相应变形为 minFmax 弹簧的最大工作载荷 弹簧压缩到H2 相应变形为 max 弹簧的工作行程h max与 min之差或H1与H2之差 Flim 弹簧的工作极限载荷 lim为极限变形量 一般要求 Fmin 0 1 0 5 Fmax Fmax 0 8Flim 1 压缩弹簧 2 拉伸弹簧 三 圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算 1 弹簧受力分析 压缩弹簧承受轴向载荷F的作用 簧丝剖面A A上作用着横向剪力F和扭矩T 现取垂直于簧丝轴线的剖面B B 曲度系数 2 弹簧应力 B B剖面上弹簧应力 结论 1 弹簧最大切应力发生在弹簧丝剖面内侧m点 2 弹簧强度条件 以此按强度确定弹簧簧丝直径d 试算值 16 2 16 3 16 4 四 弹簧的刚度计算 确定弹簧的圈数 1 弹簧的变形 1 对于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧 2 对于有预应力的拉伸弹簧 16 5 16 6 16 7 初拉力的计算 16 8 初应力 0的值查图16 9 2 弹簧刚度和圈数 结论 C越小 刚度越大 弹簧越硬 卷制越难C越大 刚度越小 卷制容易 但弹簧应力增大 1 对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 2 对于有预应力的拉伸弹簧 16 9 16 11 16 11 当弹簧两端固定时 b 5 3 当弹簧一端固定 一端自由转动时 b 3 7 当弹簧两端自由转动时 b 2 6 Fc 临界稳定载荷 Fc CukFH0Cu 不稳定系数 查图16 11 kF 弹簧刚度 为保证弹簧的稳定性必须满足Fc Fmax 若高径比不满足要求 结构上又不允许加装导杆或导套 则必须进行稳定性计算 其临界稳定载荷 压缩弹簧的自由高度H0与中径D之比称为高径比 以b表示 3 弹簧的稳定性验算 16 4圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 一 圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线 扭转弹簧的特性如左图 呈螺旋形 两端带有杆臂或挂钩 自由状态下 各弹簧圈间留有少量间隙 扭转弹簧的特性线见右图 二 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 扭转弹簧曲度系数 圆柱螺旋扭转弹簧钢丝剖面中的应力 可近似地看作弯曲梁进行计算 最大扭转角 扭转弹簧的刚度 工作圈数 16 18 C取4 16 16 19 16 20 簧丝直径 16 21 16 22 16 5其它类型弹簧简介 平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧 它的结构是按阿基米德螺线形成的 如左图 平面蜗卷形盘簧特性曲线如右图 一 平面蜗卷形盘簧 环形弹簧是由若干具有配合锥面的内 外圆环相互叠合而组成的一种压缩弹簧 如左图 二 环形弹簧 环形弹簧的特性曲线图 碟形弹簧又称别氏弹簧 弹簧呈截锥形碟形 只能