机械设计基础-第二节 (6)

第二节 螺旋弹簧,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,五、螺旋弹簧的许用应力,六、螺旋拉（压）弹簧的设计,七、例题,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,The end,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,螺旋弹簧的功能和种类,螺旋弹簧是用金属线材绕制成空间螺旋线形状的弹性元件。,螺旋弹簧簧丝的截面通常是圆形或矩形。圆柱螺旋弹簧根据载荷作用方式的不同，有下面三种型式：拉伸弹簧 (translation spring) （代号L型）压缩弹簧 (compression spring) （代号Y型）扭转弹簧 (torsion spring) （代号N型）,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,弹簧的功能,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,拉伸弹簧,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,压缩弹簧,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,扭转弹簧,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,由机构工作条件决定，实用中，一般不希望弹簧失去直线的特性关系。,等节距圆柱螺旋弹簧的特性线是一条直线。最小载荷：最大载荷：,特性线,特性线作用载荷与变形的关系。,第二节 螺旋弹簧,式中 工作极限载荷。,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,与 之差或H2与H1之差，称为弹簧的工作行程 。,2,强度计算目的：定丝径 d。,压簧在工作中受轴向力F的作用，在圆形簧丝截面作用有转矩T，从而产生扭转变形。,强度计算,在 的作用下，簧丝剖面受到扭矩 和剪切力 的作用，产生剪应力 ，其最大值在弹簧丝的内侧，是由T产生的 和由F产生的 两部分合成的。,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,式中 C 旋绕比,强度计算,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,是弹簧设计中一个极其重要的参数，其值直接影响弹簧的工作性能。当 d一定时，C，D2 ，弹簧丝弯曲越严重，弹簧越硬； C， D2，弹簧卷绕比较容易，但工作时因 弹簧软而产生颤动。,旋绕比C,因此，C值不能过大，也不能过小，一般为416。,第二节 螺旋弹簧,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,考虑到簧丝弯曲对应力的增大，采用系数K对（1）式加以修正，略去 （略去由F引起的剪切应力），并以弹簧最大工作载荷F2代替F，得其强度条件为,(2),由式（2），可得弹簧丝直径的计算公式为,(3),强度计算,实际设计采用试算法。,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,对于碳素弹簧钢丝，由于 随钢丝直径d的不同而不同，故须用试算法：先选取d值，然后确定 值，再按（3）式计算d，若计算结果与初选取的值相差较大，则应重新设取 d值，重复上述计算，直至计算结果与选取的值相等或接近为止。,(3),试算法,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,刚度计算目的：定圈数（有效圈数）n。,刚度计算,弹簧刚度,弹簧的有效圈数,旋绕比 C是影响弹簧刚度 F/ 的最重要因素，此外，弹簧刚度还与G和 d有关，欲调整弹簧刚度，应综合考虑这些因素的影响。,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,压簧的自由高度H0和中径D2之比称为细长比，即,当细长比b较大时，如果轴向载荷超过一定值(Fc)，弹簧会发生侧向弯曲，这种现象称为压缩弹簧的失稳(buckling)。弹簧发生失稳，其刚度迅速下降，导致弹簧无法工作，这是不允许的。,细长比与失稳,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,细长比b与支承的关系,支承越多，压簧越不容易失稳，细长比可取大一点。,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,不失稳条件,使 小于允许值；,式中 不稳定系数 K弹簧刚度,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,弹簧导杆,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,弹簧导套,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,当弹簧受到最大载荷时，弹簧各圈之间仍应留有适当的间隙，使弹簧在压缩后仍能保持一定的弹力，这个间隙称为余隙 ，一般情况下可取0.1d。,余隙,0.1d目的有二：、使弹簧在最大载荷作用下产生最大变形后仍能保持一定的弹力；、由于制造上和材料上的原因，在各圈接近并紧时，防止个别弹 簧圈可能提前接触，从而增大了弹簧的刚度。,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,重要的和受力变形要求准确的弹簧，两端各有 圈并紧，这几圈不参与弹簧变形，只使弹簧保持平直，减少侧向弯曲的可能性，称为支承圈或死圈。,死圈,第二节 螺旋弹簧,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,D 弹簧外径 D1 弹簧内径 D2 弹簧中径 螺旋升角 t 节距 Ho 弹簧自由长度,结构尺寸及计算,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,结构尺寸及计算,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,死圈,圆柱螺旋拉伸弹簧,圆柱螺旋拉伸弹簧空载时各圈相互并拢，没有间隙。拉伸弹簧有两种：无初拉力的和有初拉力的。后一种弹簧在自由状态下就受有初拉力F0，只有当外加的拉力大于初拉力 F0 后各圈之间才开始分离，所以与无初拉力的拉伸弹簧相比可减少轴向空间尺寸（在同样力作用下，产生的变形量小）。,为便于安装和加载，拉伸弹簧的两端部制有钩环。,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,圆柱螺旋拉伸弹簧,端部结构：,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,特点：结构简单、制造容易、但弯曲应力大。应用于中小载荷与不重要的场合。,特点：弯曲应力小。适用于变载荷的场合，但成本较高。,圆柱螺旋扭转弹簧,圆柱螺旋扭转弹簧主要用于压紧、储能或传递转矩。扭簧在相邻两圈间一般留有微小的间隙，以免扭转变形时相互摩擦，0.150.6mm。端部结构：端部可制成与弹簧轴线平行的或垂直的，端部应尽可能短以减小其变形。,第二节 螺旋弹簧,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,扭簧要套在芯轴上，以防止工作时失去稳定状态。扭簧与芯轴之间应留有一定间隙，防止工作时由于扭簧内径缩小时抱住芯轴。,圆柱螺旋扭转弹簧,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,螺旋弹簧的许用应力,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,螺旋弹簧的许用应力是根据弹簧的工作条件（如载荷性质和工作环境等因素）来决定的，按弹簧工作时承受变载荷的情况可分为三类：类受变载荷作用次数106，或很重要的弹簧；类受变载荷作用次数在103 106 ，或受冲击载荷的弹 簧，或受静载荷的重要弹簧；类受变载荷作用次数在106，两端均为固定。【解】1.选择弹簧材料和许用应力由于弹簧受较大的变载荷，弹簧材料选用60Si2Mn，因载荷作用次数N106，其许用切应力按类弹簧选取， 。2.选取旋绕比和曲度系数设弹簧丝的直径d=2.56mm，由表3-2选取弹簧选绕比C=7；由表3-3选取曲度系数K=1.21mm。3.强度计算弹簧丝的直径为,第二节 螺旋弹簧,第三章 弹性元件,例题