机械设计基础课件第十一章弹簧

第十一章

弹

簧同济大学机械学院§11-1

概

述§11-2

弹簧材料和制造§11-3

圆柱螺旋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。功用：1.

控制机构运动或零件的位置;如凸轮机构、离合器、阀门等；§11-1

概

述如钟表仪器中的弹簧；螺旋弹簧4.

测量力的大小。如弹簧秤中的弹簧圆柱形按形状分截锥形

拉伸弹簧按受载分 压缩弹簧扭转弹簧类型：分类缓冲吸振;存储能量;同济大学机械学院如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧；分类按形状分按受载分圆柱形

截锥形

拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧螺旋弹簧环形弹簧碟形弹簧平面涡圈弹簧仪表中储能用板弹簧同济大学机械学院§11-2

弹簧材料和制造一、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：d<10

mm热卷：d≥

10

mm同济大学机械学院→低温回火，消除应力→淬火、回火经强压处理可提高承载能力。二、弹簧的材料强压处理：将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限，并保持一定时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应力相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应力。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、有色属合金。碳素弹簧钢：含碳量在0.6~0.9%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d>12mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的弹簧。合金弹簧钢：硅锰钢、铬钒钢。优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧。有色金属合金：硅青铜、锡青铜、铍青铜。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。同济大学机械学院§11-3

圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算δd/4磨平n1的尾数取1/2同济大学机械学院不磨平一、圆柱螺旋压缩弹簧结构和几何尺寸变形用压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定间距δ

。支承圈或死圈----两端有3/4~5/4圈并紧，以使弹簧站立平直，这部分不参与变形。端部磨平----重要弹簧磨平长度不小于3/4圈，端部厚度近似为d/4端部不磨平----一般用途压缩弹簧的总圈数：n1

=

n+(1.5~2.5)n为有效圈数为使工作平稳，节距：t

=d

+δ式中λ2为最大工作载荷F2作用时的变形量。通常t≈(0.3~0.5)D2λ2间距:δ≥0.8nF2απD2

n1L=

cosαπD2,

α=5˚~9˚螺旋升角：

α=arctg

t

弹簧丝的展开长度:自由高度:H0=nδ+(n1+1)dH0=nδ+(n1-0.5)d对于两端并紧磨平结构H0t弹簧的并紧高度：Hs

=同济大学机械学院1(n

+1)d1(n

-0.5)d两端并紧不磨平结构：Hs

HsδD2当大于许用值时，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。注意：与弹簧之间的间隙不能太大，工作时需加润滑油。加装导向杆高径比：b=

H0

/D2<

5.3两端固定的弹簧<3.7

一端固定，另一端铰支的弹簧加装导向套失稳同济大学机械学院二、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F1F2FlimFλ同济大学机械学院最小工作载荷:F

=（0.2~0.5）F2最大工作载荷---F2在F2的作用下，τmax<[τ]弹簧在安装位置所受压力，它能使弹簧可靠地稳定在安装位置上。λ1λλ2λlim0压缩弹簧的特性曲线FλF1F2FlimH2HlimH11最小变形---λ1对应的变形---λ2极限载荷---Flim极限变形---λlim<0.8nδ保证不并紧弹簧刚度：弹簧势能EF1

arctEgkF2FlimH0自由高度同济大学机械学院k

=F1

=F2

=F2

-F1

=

=常数l1

l2

l0设计要求：三、圆柱螺旋压缩弹簧的计算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3)求应力：

C2p

dt

=

8

FC

1

+

0

.

5

已知条件：最大工作载荷F2和相应的变形λ2，其他要求（如工作温度、空