第20章弹簧

1、20.1 概述概述 20.1.1 弹簧的功用弹簧的功用 (1)存储能量：机械式手表中、气枪、玩具枪中的弹簧存储能量：机械式手表中、气枪、玩具枪中的弹簧 (2)吸收振动：沙发弹簧、板弹簧，摩托车中的阻尼弹簧吸收振动：沙发弹簧、板弹簧，摩托车中的阻尼弹簧 (3)机械零件位置及作用力的控制：如圆珠笔、凸轮的锁机械零件位置及作用力的控制：如圆珠笔、凸轮的锁 合弹簧，各种夹子中的弹簧合弹簧，各种夹子中的弹簧 (4)测力弹簧；弹簧秤（利用力与弹簧之间的线性关系）测力弹簧；弹簧秤（利用力与弹簧之间的线性关系） 弹簧：弹簧：是一般种弹性元件是一般种弹性元件,具有多次重复地随外载荷具有多次重复地随外载荷 的大小

2、而作相应的弹性变形的大小而作相应的弹性变形,卸载后又能立即恢复原卸载后又能立即恢复原 状的特性，具有如下功能：状的特性，具有如下功能： 20.1.2 弹簧的种类弹簧的种类 按受力性质分：按受力性质分： 拉伸弹簧拉伸弹簧 压缩弹簧压缩弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 弯曲弹簧弯曲弹簧 按弹簧形状分：螺旋弹簧按弹簧形状分：螺旋弹簧 板板 弹弹 簧簧 碟形弹簧碟形弹簧 环形弹簧环形弹簧 盘形弹簧盘形弹簧 异形弹簧异形弹簧 圆柱圆柱 圆锥圆锥 曲母线曲母线 等螺距等螺距 非等螺距非等螺距 20.2 材料与制造材料与制造 材料要求材料要求（一般认为受脉动载荷，即脉动应力）（一般认为受脉动载荷，即脉动应力） （1）

3、高疲劳强度）高疲劳强度 （2）高弹性极限）高弹性极限 （3）高冲击韧性（防止突然断裂）高冲击韧性（防止突然断裂） （4）很好的热处理性能）很好的热处理性能 常用材料（见表常用材料（见表20.2） 选用材料的注意点：选用材料的注意点： （1）使用条件（载荷大小、方向、循环特性、温度、工作介质等）使用条件（载荷大小、方向、循环特性、温度、工作介质等） （2）功用）功用 （3）重要程度）重要程度 弹簧加工弹簧加工卷制卷制 d8mm 热卷制：加热热卷制：加热卷制卷制淬火淬火回火回火 d8mm 冷卷制：卷制冷卷制：卷制低温回火低温回火 强压处理：（强压处理：（P453上）上） 表面要求：光洁、无裂纹、无

4、伤痕表面要求：光洁、无裂纹、无伤痕 弹簧丝直径系列：弹簧丝直径系列：P433 20.3 弹簧工作原理弹簧工作原理 20.3.1 特性曲线特性曲线 四种典型类型四种典型类型 20.3.2 弹簧刚度弹簧刚度 20.3.3 弹簧的变形能弹簧的变形能 T d dT c F d dF c T 变刚度变刚度 变刚度变刚度 定刚度定刚度 定刚度定刚度 受变载荷或冲击载荷时，最好将弹簧设计成变刚度，随着受变载荷或冲击载荷时，最好将弹簧设计成变刚度，随着 载荷的增加弹簧刚度将越来越大载荷的增加弹簧刚度将越来越大 无摩擦无摩擦 有外部摩擦，消耗能量有外部摩擦，消耗能量 环形、蝶形、板弹簧环形、蝶形、板弹簧 有内部

5、摩擦，消耗能量有内部摩擦，消耗能量 非金属材料制弹簧非金属材料制弹簧 20.3.4 等效弹簧表等效弹簧表20.3 20.4 拉伸（压缩）弹簧计算拉伸（压缩）弹簧计算 20.4.1 弹簧强度计算弹簧强度计算 （以压簧为例，（以压簧为例，F为压力）为压力） 簧丝受力分析簧丝受力分析 0sin cos 0sin cos FRM FRFRT FF FFF N Q 切向力切向力 法向力法向力 扭扭 矩矩 弯弯 矩矩 弹簧指数（旋绕比）弹簧指数（旋绕比） dDC/ 2 其中其中D2为弹簧中径，为弹簧中径，d为簧丝直径为簧丝直径 C大，弹簧刚度小，易发生抖动大，弹簧刚度小，易发生抖动 C小，加工困难，且簧丝

6、内外侧的应力悬殊，刚度大，材料利用律低小，加工困难，且簧丝内外侧的应力悬殊，刚度大，材料利用律低 6 . 1 615. 0 44 14 8 1max 2 1 3 2 1max T T CkF d CdD CC C k d FD k 强度条件：强度条件： （1）d 应符合标准直径应符合标准直径 （2）选定）选定d，查取，查取T，再，再 计算计算d，比较，差距大，比较，差距大， 重新计算重新计算 （3）C在计算前应事先假定，在计算前应事先假定， 一般一般 C = 5 8 注意：注意： 目的：确定弹簧直径目的：确定弹簧直径D2和弹簧丝直径和弹簧丝直径d 20.4.2 弹簧刚度计算弹簧刚度计算确定弹簧

7、圈数确定弹簧圈数 Ds弧段上两端截面的弧段上两端截面的 相对转角为相对转角为d FRTds GI T d P 两端截面的轴向位移为两端截面的轴向位移为ds GI FRD d D d P 22 22 积分后得积分后得 4 3 2 8 Gd nFD 变换上式变换上式 3 2 4 8FD dG n 弹簧刚度为弹簧刚度为 nC GdF c 3 8 目的：确定弹簧的圈数目的：确定弹簧的圈数n 20.4.3 压缩弹簧的稳定性问题压缩弹簧的稳定性问题 一般一般H0/D235时不会出现失稳现象时不会出现失稳现象 取值与端部固取值与端部固 定方式有关定方式有关 均为回转端时均为回转端时2.6 均为固定端时均为固

8、定端时5.3 一端固定，一端回转时一端固定，一端回转时3.7 解决措施：解决措施： （1）加导向杆）加导向杆 （2）加导向套）加导向套 （3）端面加工与轴心线垂直）端面加工与轴心线垂直 （要求较高）（要求较高） 20.4.4 拉伸（压缩）弹簧的端部结构形式拉伸（压缩）弹簧的端部结构形式 20.5 扭转弹簧扭转弹簧 强强 度度 计计 算算 以以 弯弯 曲曲 疲疲 劳劳 强强 度度 为为 主。主。 20.6 其他弹簧其他弹簧 环形弹簧环形弹簧 特点：缓冲性能好特点：缓冲性能好 碟形弹簧碟形弹簧特殊的刚度曲线。图特殊的刚度曲线。图20.19（b） 异形弹簧异形弹簧如沙发弹簧（腰鼓形）如沙发弹簧（腰鼓形） 沙发弹簧的特点：沙发弹簧的特点： （1）F小时变形小小时变形小 （2）大时变形也小）大时变形也小F 沙发