机械设计基础-第一节 (6)

,第三章 弹性元件,第三章 弹性元件,（4课时）,第一节 概述,第一节 概述,第三章 弹性元件,第一节 概述,第三章 弹性元件,The end,第一节 概述,第三章 弹性元件,材料受力作用改变尺寸和形状，去力后恢复原状的性质称为弹性 (elastic)。 利用材料的弹性来完成各种功能的零件称为弹性元件(elastic cell)，俗称弹簧(spring) 。,弹性元件的功用,控制机件的运动； 储存能量； 测量载荷的大小； 缓冲吸振。,弹性元件的主要用途：,第一节 概述,第三章 弹性元件,按其用途分,弹簧秤,发条,弹性联轴器,第一节 概述,第三章 弹性元件,弹性联轴器,第一节 概述,第三章 弹性元件,按其形状分,第一节 概述,第三章 弹性元件,弹性元件的基本特性,作用在弹性元件上的力、压力或温度等与变形的关系，称为弹性元件的特性。,或,也可用特性曲线表示。,a线性特性；b、c非线性特性。,用特性方程式表示：,弹性元件的特性线载荷与变形函数关系的曲线，它是选择和评定各类弹簧的主要依据。,第一节 概述,第三章 弹性元件,特性曲线与理想直线的最大偏差 和弹性元件的最大变形 的百分比称为弹性元件特性的非线性度。,即用非线性度来度量实际特性曲线与理想计算直线的接近程度。,弹性元件的基本特性,第一节 概述,第三章 弹性元件,当弹性元件具有非线性特性时，作用在弹性元件上的载荷增量与其产生变形增量的比值在变形增量趋于零时的极限，称为弹性元件的刚度。即,弹性元件的刚度,第一节 概述,第三章 弹性元件,刚度在特性曲线上就代表某点的斜率 ，对于非线性元件，刚度是个变数，弹性元件的工作点不同，其刚度亦不同；对于线性弹性元件，刚度为常数,故弹性元件的刚度可理解为：弹性元件产生单位弹性变形量所需要的力或力矩。刚度标志弹性元件抵抗变形的能力，表示弹性元件软硬的程度；刚度越大，弹性元件抵抗变形的能力越强，弹性元件越硬，反之亦然。,弹性元件的刚度,第一节 概述,第三章 弹性元件,对于圆柱螺旋弹簧，其特性式为,螺旋弹簧的特性与其几何尺寸(D2, d, n)有关，因此弹簧制造后，几何尺寸参数的误差将影响弹性元件的特性（或刚度）。通常通过调节弹簧的工作圈数n，从而消除弹簧中经 D2和簧丝直径 d的误差所引起的特性误差。,几何尺寸参数的影响,第一节 概述,第三章 弹性元件,材料的弹性模量是随温度变化的,由于温度系数E为负值，温度升高时，弹性模量E下降，弹性元件的刚度减小，弹性元件变软，受同样力作用，产生的变形量增大，使仪器的指示值增大。各种仪表对弹性元件的温度误差均有限制。,温度的影响,第一节 概述,第三章 弹性元件,弹性滞后影响,弹性滞后表明外力对弹性元件所做的功在它恢复原状时并没有完全释放出，有一小部分被材料内部的摩擦消耗掉了。,第一节 概述,第三章 弹性元件,弹性后效表明，材料受力后产生相应的弹性变形需要一定的时间。弹性后效降低了弹性元件的动态性能（弹性变性不能及时地随力的变化而变化）。,弹性后效影响,第一节 概述,第三章 弹性元件,弹簧材料要求,较高的弹性极限和疲劳极限；足够的韧性和良好的热处理性能。,第一节 概述,第三章 弹性元件,常用弹性材料,金属材料非金属材料,第一节 概述,第三章 弹性元件,加工硬化型,退火状态塑性良好，通过成型后冷作硬化获得弹性，如黄铜、锡青铜、镍白铜、铬镍铜。特点是制造简单、弹性差、滞后和后效大。,第一节 概述,第三章 弹性元件,淬火硬化型,成型后经淬火加回火获得弹性，如碳钢、锰钢、铬钢、钒钢。特点是弹性、刚度较高，处理时变形较大，不宜制造形状复杂的零件。,第一节 概述,第三章 弹性元件,弥散硬化型,淬火后再加工成型，最后经时效回火获得弹性。弥散硬化型材料淬火后具有良好的塑性，弹性后效小，便于制造形状复杂的弹性元件，如铍青铜、锰白铜、钛青铜。特点是弹性高、弹性滞后和弹性后效小、便于制造复杂零件。,第一节 概述,第三章 弹性元件,橡胶,橡胶主要用来制造膜片。优点是弹性模量小，灵敏度高；缺点是特征性能受温度影响较大，而且易老化。常用的橡胶有丁晴橡胶和氯丁橡胶。,第一节 概述,第三章 弹性元件,石英,石英是良好的弹性材料，它的弹性滞后、弹性后效极小，仅为最好弹性合金的 1，其线膨胀系数也很小，耐高温。石英的缺点是难加工成型，而且很脆。因此，仅用石英制造高精度的弹性敏感元件，其成本很高。,第一节 概述,第三章 弹性元件,陶瓷,陶瓷制弹性元件也具有良好的性能，它耐高温、耐腐蚀、线性好。缺点是精确成型困难，而且脆。,第一节 概述,第三章 弹性元件,硅,硅制弹性