弹簧习题与参考答案

习题与参考答案一、复习思考题。1弹簧有哪些功用？2常用弹簧的类型有哪些？各用在什么场合？3制造弹簧的材料应符合哪些主要要求？常用材料有哪些？4圆柱弹簧的主要参数有哪些？它们对弹簧的强度和变形有什么影响？5弹簧刚度K的物理意义是什么？它与哪些因素有关？6什么是弹簧的特性曲线？它在设计中起什么作用？7设计时，若发现弹簧太软，欲获得较硬的弹簧，应改变哪些设计参数？8圆柱螺旋弹簧在工作时受到哪些载荷作用？在轴向载荷作用下，弹簧圈截面上主要产生什么应力？应力如何分布？受压缩与受拉伸载荷时，应力状态有什么不同？9如何确定圆柱螺旋弹簧的许用剪切应力？用碳素弹簧钢丝制造弹簧时，其许用剪切应力值应如何确定？10设计弹簧时，为什么通常取弹簧指数C=416，弹簧指数C的含义是什么？11今有A、B两个弹簧，弹簧丝材料、直径d及有效圈数n均相同，弹簧中径D2A大于D2B，试分析：1）当载荷P以同样大小的增量不断增大时，哪个弹簧先坏？2）当载荷P相同时，哪个弹簧的变形量大？12圆柱形拉、压螺旋弹簧丝最先损坏的一般是内侧还是外侧？为什么？13设计弹簧如遇刚度不足时，改变哪些参数可得刚度较大的弹簧？14怎样的装置可把一个圆柱形压缩弹簧作为拉伸弹簧使用？二、选择题1在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指 。A、弹簧外径与簧丝直径之比值。B、弹簧内径与簧丝直径之比值。C、弹簧自由高度与簧丝直径之比值。D、弹簧中径与簧丝直径之比值。2圆柱拉伸（压缩）螺旋弹簧受戴后，簧丝截面上的最大应力是 。A、扭矩T引起的扭切应力B、弯矩M引起的弯曲应力C、剪力F引起的切应力D、扭切应力和切应力之和3当簧丝直径d一定时，圆柱形螺旋弹簧的旋绕比C如取得太小，则 。A、弹簧尺寸大，结构不紧凑B、弹簧的刚度太小C、弹簧卷绕有困难D、簧丝的长度和重量较大4设计圆柱拉伸螺旋弹簧时，簧丝直径d的确定主要依据弹簧的A、稳定性条件 B、刚度条件C、强度条件D、变形条件三、填空题 1弹簧在工作时常受 载荷或 载荷作用。2弹簧的材料应具有足够的 极限、 极限、韧性和良好的 性能。3常用的金属弹簧材料有 、 和 等。4圆柱螺旋弹簧的制造工艺过程包括：（1） （2） （拉伸弹簧）（3） （4） 5弹簧指数C是设计中的重要参数。C值 ，弹簧刚度小， 。C值 弹簧刚度大。四、设计计算题1一扭转螺旋弹簧用在760mm的门上（题图）。当门关闭时，手把上加4.5N的推力才能把门打开。当门转到180后，手把上的力为13.5N。若材料的许用应力=1100N/mm2，求：1）该弹簧的弹簧丝直径d和平均直径D2；2）所需的初始角变形；3）弹簧的工作圈数。题图2试设计一受静载荷的压缩螺旋弹簧。已知条件如下：当弹簧受载荷F1=178N时，其长度H1=89mm；当F2=1160时，H2=54mm；该弹簧使用时套在直径为30mm的芯棒上。现有材料为碳素弹簧钢丝，并要求所设计弹簧的尺寸尽可能小。3一拉伸螺旋弹簧用于高压开关中，已知最大工作载荷F2=2070N，最小工作载荷F1=615N，弹簧丝直径d=10mm，外径D=90mm，有效圈数n=20，弹簧材料为60Si2Mn，载荷性质属于类。求：1）在F2作用时弹簧是否会断？该弹簧能承受的极限载荷Flim；2）弹簧的工作行程。 例 解1、某圆柱螺旋压缩弹簧的参数如下：D2=34mm，d=6mm，n=10，弹簧材料为碳素弹簧钢丝，当最大工作载荷Fmax=100N，弹簧的变形量及应力分别是多少?解答：1）弹簧的变形量：由表查得弹簧材料的切变模量G=79103MPa，弹簧指数C=D2/d=34/6=5.667，则弹簧的最大轴向变形量为：2）弹簧丝截面应力：曲度系数 则弹簧丝内侧的最大应力为：分析与思考： 弹簧有哪些主要功用?试分别举例说明。2、设计一在变载荷作用下工作的阀门圆柱螺旋压缩弹簧（要求绘制弹簧零件工作图）。已知最小工作载荷Fmin=256N，最大工作载荷Fmax=1280N，工作最小压缩变形量min=4mm，最大压缩变形量max=20mm，弹簧外径D38mm，载荷作用次数N105，一端固定，一端铰支支承。 解答：1）选择材料，确定许用应力因弹簧在变载荷下工作，且N105，故为类弹簧，选择50CrVA为弹簧丝材料，由表查出， 。2）初选弹簧指数C=5，则曲度系数3）求弹簧丝材料直径取标准值d=6mm4）求中径： 外 径：，满足要求。5）求有效工作圈数n及总圈数n1为保证两支承面与弹簧轴线垂直，弹簧两端各并紧一圈，则弹簧总圈数n1=n+2=7.5+2=9.56）弹簧的几何尺寸及稳定性计算外径：D=36mm内径：节距：螺旋升角：arctanarctan自由高度：取标准值：H0 = 80mm则修正无载荷作用下弹簧的螺旋升角为： 弹簧展开长度：稳定性计算：高径比 一般规定，当弹簧一端固定，另一端自由时，b30，合题意）。查图得K=1.21, 由式 得 取 d=6mm，与原假设符合。D2=cd=76=42mm（2）求弹簧工作圈数n 弹簧刚度 变形 。圈。取n=6。总圈数n1=n+2=6+2=8（3）求其余参数 H0=H2+h2=54+41.4=95.4mmHs=(n10.5)d=(80.5)6=45mm (30。现按照给定材料范围，选用强度最好的I组碳素钢丝。当材料一定后，弹簧的体积决定于长度和直径。而长度由刚度条件定，故应使D1尽可能小，但D1又必须大于30。现对几种方案加以比较：当C=7，由强度条件知d=6mm；若加大d，则D1也将增加。若取C=8。则K=1.18。较C=7时的d为大，故D1仍将加大。若取d=5.6mm, 则K=1.25若取C=6, 则弹簧内径 不合要求。由此可定，d=6mm， n=6圈，旋绕比C=7为最佳方案。3 解（1）检验强度 由表查得， =6400.8=512N/mm2（由表注：拉簧的许用应力为表中值的80%）。由C