北京林业大学《机械设计基础》课件-第14章弹簧

14.1弹簧的功用、类型、材料与制造14.2圆柱螺旋弹簧的结构、特性、参数与尺寸第14章弹簧北京林业大学《机械设计基础》第14章弹簧14.1弹簧的功用、类型、材料与制造1．弹簧用途弹簧主要有以下功用。（1）控制机构的位置和运动，例如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机汽缸的阀门弹簧等。（2）减震和缓冲，例如汽车、火车车厢下的减震弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等。（3）储存及输出能量，例如仪表、机械式钟表和玩具中的弹簧，武器发射机构中的弹簧等。（4）测量力的大小，例如测力器和弹簧秤中的弹簧等。第14章弹簧14.1弹簧的功用、类型、材料与制造2．弹簧类型和特点

弹簧的种类很多，按弹簧的材料、弹簧的受力以及形状等进行划分。（1）按所用材料的不同，弹簧可分为金属和非金属弹簧。（2）弹簧按其所承受的载荷性质可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧4种。（3）按弹簧形状又可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘弹簧、板弹簧等。其中圆柱形螺旋弹簧结构简单，应用最广，故本章主要介绍其类型和特性等基本内容。第14章弹簧14.1弹簧的功用、类型、材料与制造2．弹簧类型和特点第14章弹簧14.1弹簧的功用、类型、材料与制造2．弹簧类型和特点第14章弹簧14.1弹簧的功用、类型、材料与制造3．弹簧材料

常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢、硅锰弹簧钢、铬钒弹簧钢、不锈钢及青铜等。选择弹簧材料时，要综合考虑弹簧的功用、重要程度、使用条件以及加工、热处理和经济性等因素。钢是最常用的弹簧材料。受力较小而又要求防腐蚀、防磁性等特性时，可以采用有色金属。例如，碳素弹簧钢丝由于价格便宜，多用于制造尺寸较小且不承受冲击载荷的弹簧，硅锰弹簧钢、铬钒弹簧钢用于承受冲击载荷的弹簧。

第14章弹簧14.1弹簧的功用、类型、材料与制造4．弹簧制造

弹簧的制造过程包括：卷绕、端部修整、热处理和工艺实验等。弹簧卷绕方法有冷卷法和热卷法。钢丝直径在8mm以下的弹簧用预先热处理的钢丝冷卷，卷制成弹簧后，只作低温回火处理以消除内应力；钢丝直径较大时用热卷，热卷后应进行淬火及回火处理。较重要的压缩弹簧两端应磨平，以便承压面和轴线垂直。拉伸弹簧两端应有钩环，扭转弹簧两端应制有杆臂，以便连接、固定和加载。第14章弹簧14.2圆柱螺旋弹簧的结构、特性、参数与尺寸1．圆柱螺旋弹簧的结构

（1）压缩弹簧的结构。第14章弹簧14.2圆柱螺旋弹簧的结构、特性、参数与尺寸1．圆柱螺旋弹簧的结构

（2）拉伸弹簧的结构。第14章弹簧14.2圆柱螺旋弹簧的结构、特性、参数与尺寸2．圆柱螺旋弹簧的特性线圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线第14章弹簧14.2圆柱螺旋弹簧的结构、特性、参数与尺寸3．圆柱螺旋弹簧的参数（1）强度。

≤[

]（2）刚度。

第14章弹簧14.2圆柱螺旋弹簧的结构、特性、参数与尺寸3．圆柱螺旋弹簧的参数（3）稳定性。

为了避免弹簧失稳，应使弹簧的高径比b=H0/D2（H0为弹簧的自由高度，D2为弹簧的中径）按下列情况取值：弹簧两端固定时，b＜5.3；一端固定时，另一端自由时，b＜3.7；两端自由时，b＜2.6。

弹簧失稳及防止方法第14章弹簧14.2圆柱螺旋弹簧的结构、特性、参数与尺寸4．圆柱螺旋弹簧的尺寸弹簧的几何尺寸

第14章弹簧14.2圆柱螺旋弹簧的结构、特性、参数与尺寸4．圆柱螺旋弹簧的尺寸15.1概述15.2机械传动方案的选择15.3机械传动的特性和参数15.4机械系统传动方案的设计15.5机械传动的设计顺序15.6减速器简介第15章机械传动设计第15章机械传动设计15.1概述

机器通常由动力机、传动装置和执行机构3部分组成。传动装置的形式有多种，如机械的、液压的、气动的、电气的以及综合的，其中最常见的为机械传动装置和液压传动装置。本章主要介绍机械传动装置（简称机械传动）。它是利用机械运动方式传递运动和动力的机构，故又称为传动机构第15章机械传动设计机械传动有以下功用。（1）把原动机输出的速度降低或增高，以适合工作机的需要；（2）实现变速传动，以满足工作机的经常变速要求；（3）把原动机输出的转矩，变换为工作机所需要的转矩或力；（4）把原动机输出的等速旋转运动，转变为工作机所要求的、速度按某种规律变化的旋转或其他类型的运动；（5）实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机；（6）由于受机体外形、尺寸的限制，或为了安全和操作方便，工作机不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来连接。15.1概述第15章机械传动设计机械传动的优点是：实现回转运动的结构简单；机械故障一般容易发现（液压传动的故障则不易找出原因）；传动比较为准确，实现定比传动较为方便等，故机械传动应用最广。15.1概述第15章机械传动设计15.2机械传动方案的选择在考虑机械传动方案时，除了满足基本的功能要求外，还应遵循以下原则：（1）机械传动应尽可能简单；（2）尽量缩小机构尺寸；（3）应具有较好的动力特性；（4）应具有良好的人机性能。第15章机械传动设计15.2机械传动方案的选择

对选择何种常用机构，往往是根据各种运动方案来确定。1．实现运动形式的变换2．实现运动转速（或速度）的变化3．实现运动的合成与分解4．获得较大的机械效益第15章机械传动设计15.3机械传动的特性和参数1．功率2．圆周速度和转速3．传动比4．功率损耗和传动效率5．外廓尺寸和重量不同类型传动的外形尺寸比较第15章机械传动设计15.4机械系统传动方案的设计15.4.1传动类型的选择对定传动比传动的机械传动类型可参照下述原则进行选择。（1）功率范围。（2）传动效率。（3）传动比范围。（4）布局与结构尺寸。（5）其他要求。例如噪声要求。第15章机械传动设计15.4机械系统传动方案的设计15.4.2传动顺序的布置

合理布置传动机构顺序的一般原则如下。（1）承载能力较小的带传动宜布置在高速级，使之与原动机相连，齿轮或其他传动布置在带传动之后。（2）链传动平稳性差，且有冲击、震动，不适于高速传动，一般应将其布置在低速级。（3）根据工作条件选用开式或闭式齿轮传动。（4）传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。（5）在传动系统中，若有改变运动形式的机构，如连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等，一般将其设置在传动系统的最后一级。此外，在布置传动机构的顺序时，还应考虑各种传动机构的寿命和装拆维修的难易程度等。第15章机械传动设计15.4机械系统传动方案的设计15.4.3总传动比的分配

传动比分配的一般原则为：（1）各级传动机构的传动比应尽量在推荐的范围内选取。（2）各级传动应做到尺寸协调，结构匀称、紧凑。（3）各传动零件彼此避免发生干涉，防止传动零件与轴干涉，并使所有传动零件安装方便。（4）在卧式齿轮减速器中，通常应使各级大齿轮的直径相近，以便于齿轮浸油润滑。传动比分配是一项复杂又艰巨的任务，往往要经过多次测算，分析比较，最后才能确定出比较合理的结果。第15章机械传动设计15.4机械系统传动方案的设计15.4.4电动机选择1．选择电动机的类型2．选择电动机功率总效率η为

…

3．选择电动机的转速…r/min

第15章机械传动设计15.5机械传动的设计顺序

机械传动系统设计的一般顺序如下。（1）确定传动系统的总传动比。（2）选择机械传动类型和拟定总体布置方案。（3）分配总传动比。（4）计算机械传动系统的性能参数。（5）确定传动装置的主要几何尺寸。（6）绘制传动系统的运动简图（即传动系统图）。（7）绘制传动部件和总体的装配图。第15章机械传动设计15.6减速器简介

15.6.1常用减速器的主要类型、特点和应用1．齿轮减速器

第15章机械传动设计15.6减速器简介

2．蜗杆减速器第15章机械传动设计15.6减速器简介

3．蜗杆-齿轮减速器第15章机械传动设计15.6减速器简介

15.6.2减速器传动比的分配根据使用要求的不同，多级减速器传动比可按下列原则分配：（1）使各级传动的承载能力接近于相等；（2）使减速器的外廓尺寸和质量最小；（3）使传动具有最小的转动惯量；（4）使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等。第15章机械传动设计15.6减速器简介

15.6.3减速器的结构1—下箱体