机械设计基础chap弹簧资料

1、Chap 18 弹簧弹簧 各种弹簧的特点、应用各种弹簧的特点、应用弹簧参数对弹簧性能的影响及其合理选择；弹簧参数对弹簧性能的影响及其合理选择；圆柱螺旋弹簧设计的基本理论、基本设计圆柱螺旋弹簧设计的基本理论、基本设计 方法和设计过程方法和设计过程拉伸拉伸压缩压缩扭转扭转弯曲弯曲螺螺旋旋形形其其它它形形按形状按形状按载荷按载荷18-1 弹簧的类型和功用弹簧的类型和功用 1 控制机械的运动，例如内燃机中控控制机械的运动，例如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧控制弹簧；2 吸收振动和冲击能量，例如各种车辆中的减振弹簧吸收振动和冲击能量，例如各种车辆中的减

2、振弹簧 及各种缓冲器的弹簧等；及各种缓冲器的弹簧等；板簧板簧 二、弹簧的功用二、弹簧的功用3 存储和释放能量，复位，例如钟表弹簧存储和释放能量，复位，例如钟表弹簧、枪栓弹簧等；枪栓弹簧等；4 测量力的大小，例如弹簧秤和测力器中的弹簧测量力的大小，例如弹簧秤和测力器中的弹簧等等。等等。18-2 弹簧的制造、材料和许用应力弹簧的制造、材料和许用应力 一、弹簧制造一、弹簧制造 1螺旋弹簧的制造螺旋弹簧的制造工艺过程工艺过程 绕制；绕制； 钩环制造；钩环制造； 端部的制作与精加工；端部的制作与精加工； 热处理；热处理；工艺试验等，对于重要的弹簧还要进行强压处理。工艺试验等，对于重要的弹簧还要进行强压处

3、理。2 弹簧的弹簧的绕制方法绕制方法 冷卷法冷卷法： 簧丝直径簧丝直径d8mm的采用冷卷法绕制。的采用冷卷法绕制。 冷态下卷绕的弹簧常用冷拉并经预先热处理的优质冷态下卷绕的弹簧常用冷拉并经预先热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷绕后一般不再进行淬火处理，只须低温碳素弹簧钢丝，卷绕后一般不再进行淬火处理，只须低温回火以消除卷绕时的内应力。回火以消除卷绕时的内应力。 热卷法：热卷法： 簧丝直径较大（簧丝直径较大（d8mm）的弹簧则用热卷法绕制。在热的弹簧则用热卷法绕制。在热态下卷制的弹簧，卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。态下卷制的弹簧，卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。二、弹簧材料 要求要求：较高的

4、强度极限和屈服极限，较高的弹性极限、疲较高的强度极限和屈服极限，较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。1 碳素弹簧钢碳素弹簧钢 c c=0.6=0.60.9%0.9%， 65 65、7070、85 85 强度高，性能好，适于做小弹簧，强度高，性能好，适于做小弹簧，d12mmd12mm时不易淬透时不易淬透2 合金合金弹簧钢弹簧钢 6060Si2MnSi2Mn、60Si2MnA60Si2MnA：弹性好，回火稳定，易脱碳，适弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧于做受大载荷的弹簧4 4Cr13Cr13：耐腐蚀，耐高温，适

5、于做大弹簧耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧1 1Cr18Ni9TiCr18Ni9Ti：耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧Co40CrNiTiMoCo40CrNiTiMo：耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性不不锈锈钢钢表表18-1 3 有色金属合金有色金属合金QsiQsi-3-3、QSn4-3QSn4-3：耐腐蚀，防磁好耐腐蚀，防磁好Qbe2Qbe2：耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好三、弹簧的许用应力表表18-1、表、表18-21 确定弹簧许用应力时应考虑确定弹簧许用应力时应考虑材料、品种、材料质量、热处理方式、载荷性质、材料、品种

6、、材料质量、热处理方式、载荷性质、工作条件、重要程度、弹簧丝直径工作条件、重要程度、弹簧丝直径2 按载荷性质分类按载荷性质分类类类受变载荷次数受变载荷次数106次以上。内燃机气门弹簧、电磁制动器次以上。内燃机气门弹簧、电磁制动器类类受变载荷次数受变载荷次数103 105次以上。调速器、安全阀、一般车辆次以上。调速器、安全阀、一般车辆类类受变载荷次数受变载荷次数103以下。摩擦式安全离合器以下。摩擦式安全离合器一、一、 弹簧的主要尺寸弹簧的主要尺寸 18-3 圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的应力与变形弹簧丝直径弹簧丝直径d d 弹簧圈外径弹簧圈外径D D 弹簧圈内径弹簧圈内径D D1 1 弹簧圈中径弹簧

7、圈中径D D2 2 节距节距t t螺旋升角螺旋升角：99自由长度自由长度H H0 0二、弹簧的受力二、弹簧的受力 忽略弹簧丝弯曲，忽略弹簧丝弯曲，T产生的应力：产生的应力：受力受力：剪力：剪力F T=FD2/2 3232816/2/dFDdDFWTTF产生的应力：产生的应力：2 4dF最大切应力：弹簧丝截面最大切应力：弹簧丝截面内侧内侧23223221848 DddFDdFdFD22223221848 DddFDdFdFDdDC2令822dFDK旋绕比旋绕比(弹簧指数弹簧指数)C：衡量弹簧曲率的重要参数。衡量弹簧曲率的重要参数。簧丝最大切应力：簧丝最大切应力：三、弹簧的强度三、弹簧的强度 K曲

8、度系数曲度系数 图图18-628dFCK8FKCd 钢丝直径钢丝直径分析：分析：(1) 第二项反映了弹簧丝曲率对第二项反映了弹簧丝曲率对扭切应力影响。扭切应力影响。 T，aa 与与bb相对转动，相对转动，ab3/4圈，厚度圈，厚度=d/4不磨平：不多用不磨平：不多用总圈数总圈数n1(有支承圈有支承圈)：n1=n+(1.5 2.5)节距节距t：t=d+t间距间距：2Dtarc2：最大工作载荷最大工作载荷F2时时 的的弹簧变形量弹簧变形量螺旋升角螺旋升角：n8 . 02t=(0.3 0.5)D2, =5 9弹簧丝材料的长度弹簧丝材料的长度L L：cos12nDL 自由高度自由高度H0：两端并紧不磨

9、平结构：两端并紧不磨平结构：H0=n +(n1+1)d两端并紧磨平结构：两端并紧磨平结构：H0=n +(n1-0.5)d2 稳定性计算稳定性计算 为了便于制造和失稳，建议弹簧的长径比为了便于制造和失稳，建议弹簧的长径比 b b = = H H0 0/D/D2 2 取值为：取值为：两端均为铰支端，两端均为铰支端，b b2.62.6；两端均为固定端时，两端均为固定端时，b b5.35.3 ；一端固定而另一端铰支时，一端固定而另一端铰支时，b b3.73.7 如果如果b b大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，并限制大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，并限制F F 小于失稳时的临界载荷小于失稳时的

10、临界载荷 F Fcrcr。一般取一般取 F F = = F Fcrcr/(2/(22.5)2.5)， 3 压缩弹簧特性曲线压缩弹簧特性曲线载荷载荷变形曲线变形曲线F1最小工作载荷，安装时必须施加，最小工作载荷，安装时必须施加， F1=(0.2 0.5)F2F2最大工作载荷，最大工作载荷， Flim极限载荷，达到极限载荷，达到s时的载荷时的载荷H1 、 H2 、 Hlim F1 、F2 、Flim作用时的弹簧高度作用时的弹簧高度1 、 2 、 lim F1 、F2 、Flim时的弹簧变形时的弹簧变形为避免并紧，规定为避免并紧，规定20.8n弹簧刚度：弹簧刚度： constFFk2211弹簧特性曲

11、线是检验和试验的依据。弹簧特性曲线是检验和试验的依据。卷制时有初拉力，卷制时有初拉力， =0挂钩形式挂钩形式：4 拉伸弹簧结构特点拉伸弹簧结构特点半圆钩环形半圆钩环形圆钩环形圆钩环形结构简单，制造方便，弯结构简单，制造方便，弯曲应力大，适于中小载荷曲应力大，适于中小载荷和不重要场合和不重要场合两端具有转钩环形：活动钩，弯曲应力较小两端具有转钩环形：活动钩，弯曲应力较小可调式拉伸弹簧：可调式拉伸弹簧：改进挂钩形式：弯曲应力小改进挂钩形式：弯曲应力小要求：强度、刚度、稳定性要求：强度、刚度、稳定性二、设计计算二、设计计算设计计算设计计算已知已知设计内容设计内容F2、2工作条件工作条件空间位置空间位

12、置已知已知F2、2工作条件工作条件空间位置空间位置材料、结构型式材料、结构型式d, D2(GB), nt,，H0，L方法：方法： 试算法试算法18-5 其它弹簧简介一、圆柱螺旋扭转弹簧一、圆柱螺旋扭转弹簧承受绕轴线力矩：用于压紧或储能，如门的复位承受绕轴线力矩：用于压紧或储能，如门的复位外加力矩外加力矩M时，圆截面弹簧丝的时，圆截面弹簧丝的最大弯曲应力与强度条件最大弯曲应力与强度条件：32311dMKWMK44141CCK曲度系数曲度系数 =1.25(表表18-1)扭转变形：扭转变形：EInMDEIMl2rad特点特点：精度高的，圈与：精度高的，圈与圈之间有间隙，圈之间有间隙，以防摩擦以防摩擦特点特点：薄钢板冲制而成，：薄钢板冲制而成， 外形象碟子，变刚度外形象碟子，变刚度二、蝶形弹二、蝶形弹簧簧当当h/t=1.5时，曲线的中间时，曲线的中间接近水平，提供了在一定