机械设计12课件

1月1日（周四）滑动轴承实验改在1月3日（周六）,第16章弹簧,16-1概述,16-2圆柱螺旋弹簧的材料、结构及制造,16-4其它类型弹簧简介,16-3圆柱螺旋拉伸(压缩)弹簧的设计计算,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。,一、功用：,12-1概述,1.缓和冲击、吸收振动;如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧；,板弹簧,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。,一、功用：,12-1概述,2.控制机构运动或零件的位置;如凸轮机构、离合器、阀门等；,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。,一、功用：,12-1概述,3.存储及输出能量;如钟表仪器中的弹簧；,青岛科技大学专用潘存云教授研制,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。,一、功用：,12-1概述,4.测量力的大小；如弹簧秤中的弹簧,二、类型按形状、受载分,12-1概述,螺旋弹簧,青岛科技大学专用潘存云教授研制,螺旋弹簧,青岛科技大学专用潘存云教授研制,螺旋弹簧-锥形,螺旋弹簧-锥形,青岛科技大学专用潘存云教授研制,螺旋弹簧-扭转弹簧,螺旋弹簧-扭转弹簧,环形弹簧-内外环组成,碟形弹簧,平面涡圈弹簧仪表中储能用,板弹簧,本章内容拉伸（压缩）弹簧,12-2圆柱螺旋弹簧的材料、结构及制造,要求：高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能。,材料：优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢、有色金属合金。,一、弹簧的材料,碳素弹簧钢：含碳量在0.60.9%之间，如65、70、85,优点：容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的强度，适宜的韧性和塑性。,缺点：当d12mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的弹簧。,合金弹簧钢：硅锰钢60SiMnA铬钒钢50CrVA,有色金属合金：硅青铜、锡青铜、铍青铜。,优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高弹簧。,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弹簧钢丝。,二、圆柱螺旋弹簧的结构,各圈之间留间距,支承圈或死圈每端有0.7571.75圈使弹簧受力时不歪斜。,1、圆柱螺旋压缩弹簧,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+(1.53.5),n为有效圈数,a)各圈相互并紧=0；,b)制作完成后可有初拉力；,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。,1、圆柱螺旋压缩弹簧,三、弹簧的制造,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：d106，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。,节距：t=d+,通常t(0.30.5)D2,=59,螺旋升角：,12-3圆柱压缩(拉伸)弹簧的设计计算,一、几何参数计算,表12-4圆柱螺旋弹簧结构尺寸计算,二、弹簧的特性曲线,特性曲线载荷变形曲线,1、压缩弹簧的特性曲线,最小工作载荷:Fmin,最小变形:min,最大工作载荷:Fmax,对应的变形-max,极限载荷-Flim,极限变形-lim,二、弹簧的特性曲线,最小工作载荷:Fmin,最大工作载荷:Fmax,大于等于0.2Flim,小于等于0.8Flim,弹簧刚度：,2、拉伸弹簧的特性曲线,初拉力F0,三、圆柱压缩(拉伸)弹簧的设计计算,1、弹簧的强度计算,故截面B-B上的载荷可近似取为：,在轴向截面A-A上：,扭矩：T=FD/2,轴向力：F,在法面B-B上：,横向力:F,轴向力:F,弯矩：M=Tsin,扭矩：,=59sin0,cos1,=Fcos,=Fsin,T=Tcos,横向力：F,扭矩：T=FD/2,三、弹簧受载时的应力与变形,1、簧丝受力分析,截面受力：,2、弹簧的应力,合成应力：,补偿系数,校核式,设计式,弯曲强烈，刚度大,刚度小，稳定性好。,青岛科技大学专用潘存云教授研制,3、弹簧的刚度计算,刚度：,有效圈数：,C，n，c,4、压缩弹簧的稳定性计算,高径比b=H0/D,大，侧弯，失稳。,四、螺旋拉压弹簧设计计算步骤,设计要求：,有足够的强度,符合载荷-变形的要求（刚度要求）,不发生侧弯(失稳),已知条件：最大工作载荷Fmax和相应的变形max，其它要求（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)根据安装空间初设弹簧中径D，由C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力；,2)选择旋绕