第16章弹簧...ppt

第16章弹簧,16-1弹簧的功用和类型,16-2圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形,16-3弹簧的制造、材料和许用应力,16-5其他弹簧简介,16-4圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计,工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形，在机械设备中被广泛用作弹性元件。,功用：1.控制机构运动或零件的位置;,16-1弹簧的功用和类型,3.存储能量;,4.测量力的大小。,螺旋弹簧,圆柱形,截锥形,按形状分,按受载分,拉伸弹簧,压缩弹簧,扭转弹簧,类型：,分类,2.缓冲吸振;,分类,螺旋弹簧,圆柱形,截锥形,按形状分,按受载分,拉伸弹簧,压缩弹簧,扭转弹簧,环形弹簧,平面涡圈弹簧,板弹簧,碟形弹簧,.,.,.,一、弹簧的应力,已知条件如图。,16-2圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形,截面受力：,剪切应力：,剪切应力：,.,.,C-旋绕比，或弹簧指数。,-弹簧的曲度系数,强度条件：,截面总切应力：,设计公式：,.,.,二、弹簧的变形,微段轴向变形量d：,C,k,C值过小制造困难，内侧应力；,取值范围：C=416,C值过大弹簧容易颤动。,n为有效圈数,钢：G=8104Mpa,青铜：G=4104Mpa,.,一、弹簧的制造,16-3弹簧的制造、材料和许用应力,二、弹簧的材料,制造过程：卷绕、端面加工(压簧)或拉钩制作（拉簧或扭簧）、热处理和工艺性试验。,冷卷：d12mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的弹簧。,优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧。,选用原则：充分考虑载荷条件（载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。,三、弹簧的许用应力,弹簧按载荷分为三类：,I类弹簧：受变载荷作用次数106，或很重要的弹簧。,II类弹簧：受变载荷作用次数在103105，或受冲击载荷的弹簧，或受静载荷的重要弹簧。,III类弹簧：受变载荷作用次数在103，或受静载荷的弹簧。,.,.,16-4圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计,一、结构尺寸和特性曲线,1.压缩弹簧的结构尺寸,压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定间距。,支承圈或死圈-两端有3/45/4圈并紧，以使弹簧站立平直，这部分不参与变形。,磨平,端部磨平-重要弹簧,端部不磨平-一般用途,压缩弹簧的总圈数：,n1=n+(1.52.5),为使工作平稳，n1的尾数取1/2,.,.,.,节距：t=d+,式中2为最大工作载荷F2作用时的变形量。,通常t(0.30.5)D2,=59,螺旋升角：,弹簧丝的展开长度:,自由高度:,H0=n+(n1+1)d,H0=n+(n1-0.5)d,对于两端并紧磨平结构,弹簧的并紧高度：Hs=,(n1+1)d,(n1-0.5)d,两端并紧不磨平结构：,.,.,.,当b大于许用值时，弹簧工作时会弯曲而失稳。,措施：内部加装导向杆、或外部加导向套。,b=H0/D2,高径比：,5.3,3.7,两端固定的弹簧,一端固定，另一端铰支的弹簧,失稳,.,2.压缩弹簧的特性曲线,特性曲线-载荷变形曲线,压缩弹簧的特性曲线,.,最小工作载荷:,F1=（0.20.5）F2,最大工作载荷-F2,在F2的作用下，max,极限载荷-Flim,压缩弹簧的特性曲线,最小变形-1,对应的变形-2,极限变形-lim,0.8n,弹簧刚度：,弹簧势能E,3.拉伸弹簧的结构特点,a)各圈相互并紧=0；,b)制作完成后具有初拉力；,c)端部做有拉钩，以便安装和加载。,拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型、转钩、可调转钩。,改进后的结构,拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。,二、弹簧设计计算步骤,设计要求：,有足够的强度,符合载荷-变形曲线的要求（刚度要求）,不发生侧弯(失稳),已知条件：最大工作载荷F2和相应的变形2，其他要求（如工作温度、安装空间的限制等）,计算步骤：,1)选择弹簧材料及结构形式,3)求应力：,5)确定弹簧的圈数n；,2)计算弹簧刚度：k=F2/2,4)求簧丝直径：,6)确定弹簧的结构尺寸,.,.,.,16-5其他弹簧简介,一、圆柱螺旋扭转弹簧,端部结构:,特点：外形和拉压弹簧相似，但承受力矩载荷。,作用：用于压紧和储能，如门的自动复位、电机中保持电刷的接触压力等。,.,当力矩为M时，若很小，则可认为扭簧只承受弯矩。,强度条件：,扭转变形：,W-截面系数,1.25,E-材料的弹性模量，I-弹簧丝截面的惯性矩，D2-弹簧的中径，n-弹簧的有效圈数。,1）对于精度高的扭转弹簧，圈与圈之间应留有间隙，以免载荷作用下，因摩擦而影响其特性曲线。,2）扭转弹簧的旋向应与外加力矩一致。弹簧内侧的最大工作应力（压）与卷绕产生的残余应力（拉）反向（抵消），从而提高承载能力。,3）心轴和弹簧内径之间必须留有间隙。避免因D2减小而抱轴。,设计要点：,.,二、碟形弹簧,结构特点：用钢板冲制而成，外形象碟子。,载荷、变形：轴向力沿周边均匀分布、h变小而产生轴向变形。,特性曲线：呈非线性，变形取决于比值h/t变化。,重要特性：当h/t1.5时，中间一段接近于水平。,.,.,.,.,加载,卸载,碟形弹簧组合形式,对合式组合弹簧-,变形量增加，承载力不变。,吸振能力,复合式弹簧：,叠合式组合弹簧-,摩擦阻尼大，特别适用于缓冲和吸振,在变形量不变时，承载力大大增加。,摩擦消耗的能量-阴影面积,可同时增加变形量和承载能力,优点：,变形量小、