机械设计 课件 第16章弹簧

1、第16章弹簧，16-1弹簧概述，16-2圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料和许用应力，16-5其他弹簧的介绍，16-3圆柱螺旋拉伸弹簧和压缩弹簧的设计和计算，16-4圆柱螺旋扭转弹簧的设计和计算，济南大学特约作者：潘存云教授，工作特点：弹簧在外力作用下能产生大的弹性变形功能：1。控制机构的运动或零件的位置；如凸轮机构、离合器、阀门等。16-1弹簧的功能和类型，3。能量储存；如钟表中的弹簧；4.测量力；如弹簧、螺旋弹簧、圆柱、截头圆锥、除以形状、除以载荷、拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、5。改变系统的固有频率。分类，2。缓冲和吸收振动；例如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧；暨南大学特约作者：潘存云教授，分

2、类，螺旋弹簧，圆柱形，截头圆锥形，按形状划分，按载荷划分，拉伸弹簧，压缩弹簧，扭转弹簧，环形弹簧，储能用扁涡卷弹簧仪器、板簧，碟形弹簧，潘存云教授开发，潘存云教授开发，暨南大学特约作者：潘存云教授16-2圆柱螺旋弹簧的结构、制造方法、材料及许用应力，1。圆柱螺旋弹簧的结构形式，在压缩弹簧的自由状态下，线圈之间有一定的距离。支撑环或死环两端有3/45/4圈并拧紧，使弹簧直立，这部分不参与变形。平滑，端部平滑-重要弹簧，端部不平滑-通用，平滑长度不小于3/4圈，端部厚度约为d/4，压缩弹簧的总圈数：n1=n (1.52.5)，为了使工作稳定，n1的尾数取为1/2，为变形，b)生产后具有初始张力；c

3、)端部配有用于安装和装载的卷收器。牵开器类型：半圆形钩环型、圆形钩环型、旋转钩和可调节钩。改进后的结构，拉簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。特点：结构简单，制造容易，但弯曲应力高。用于中小型负载和不重要的场合。特点：弯曲应力小。它适用于负载变化的领域，但成本很高。暨南大学特约作者：潘存云教授，由潘存云教授开发；2.弹簧制造，制造过程：卷绕，端部加工(压缩弹簧)或卷收器制造(拉伸弹簧或扭转弹簧)，热处理和可制造性测试。冷线圈：d12毫米，难以硬化，所以它只适合小型弹簧。优点：适用于承受可变载荷、冲击载荷或高工作温度的弹簧。暨南大学特约作者潘存云教授，选择原则：充分考虑负荷条件(负荷大小和性质、工作

4、温度和周围介质)、功能和经济性。一般来说，碳弹簧钢丝是首选。弹簧的许用应力主要取决于材料质量、热处理方法、载荷特性、弹簧的工作条件和重要性以及弹簧钢丝的尺寸等。弹簧根据载荷可分为三类：一级弹簧：可变载荷下的106倍，或非常重要的弹簧。二级弹簧：承受103 105次可变载荷或冲击载荷的弹性弹簧，或承受静态载荷的重要弹簧。三级弹簧：承受103倍可变载荷或静态载荷的弹簧。，暨南大学特约作者：潘存云教授，暨南大学特约作者：潘存云教授，由潘存云教授开发，螺距：t=，最大-最大变形。F2是最大载荷，通常t (0.3 0.5) D2，=5 9，螺旋角：弹簧钢丝展开长度33，360，自由高度33，360，H0

5、=n (N11) d，两端不光滑：H0=n (N1-0.5) d. 16-3拉伸(压缩)弹簧的设计和计算，1。几何尺寸计算，暨南大学特约作者：潘存云教授，表16-4圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算，暨南大学特约作者：潘存云教授，暨南大学特约作者：潘存云，潘存云教授开发，2。弹簧特性曲线，特性曲线-载荷-变形1。压缩弹簧特性曲线，暨南大学特约作者：潘存云教授，潘存云教授开发，最小工作载荷为：FMIN=(0.1 0.5) fmax，最大工作载荷为Fmax，在Fmax，max的作用下，弹簧在安装位置的压力，使弹簧可靠。极限载荷- Flim，压缩弹簧的特性曲线，最小变形- min，相应的变形- max，极限变

6、形- lim，F0。暨南大学特约作者：潘存云教授，潘存云教授开发，潘存云教授开发，所以B-B截面上的载荷可以近似为：当弹簧承受轴向载荷F时，作用在A-A轴向截面上的力为：扭矩：T=FD2/2，轴向力：F，法向平面B-B上的力为：横向。扭矩：=5 9sin0，cos 1，扭矩：t=fd2/2，=fcos ，=fsin ，t=tcos ，横向力：f，3。弹簧在载荷下的应力和变形，1。弹簧丝承受载荷扭转剪应力：复合应力：暨南大学特约作者：潘存云教授，潘存云教授研制，C -缠绕比，或弹簧指数。不考虑弹簧钢丝的应力曲率，因为0.5/C远小于1，f引起的剪应力可以忽略不计。如果考虑螺旋角和弹簧丝曲率对应力

7、集中的影响，则实际应力分布与理论分析不同。实践证明，弹簧内部的M点最容易损坏。暨南大学特约作者：潘存云教授，潘存云教授开发，弹簧曲率系数，强度条件：设计公式：其值可直接通过查下表获得，并引入系数K来补偿螺旋角和弹簧钢丝曲率的影响，由潘存云教授开发，潘存云教授获得，3常用值：c=5 8，c值过大弹簧易振动。，n为有效圈数，G-材料的剪切模量：根据材料力学中圆柱螺旋弹簧的变形计算公式，钢材：G=8104 Mpa，青铜：G=4104 Mpa，由暨南大学特聘作者潘存云教授开发，弹簧的最大变形：1)压缩弹簧和预应力拉簧：2)可根据右图选择。初始张力的计算：暨南大学特约作者潘存云教授，4。弹簧设计计算步骤

8、，设计要求：足够的强度，满足载荷-变形曲线的要求(刚度要求)，无侧弯(失稳)，已知条件：最大工作载荷Fmax和相应的变形max，其他要求(如工作温度)，3)根据安装空间中设定的弹簧初始直径d，由c值估算弹簧丝直径d，并检查弹簧丝的许用应力；4)尝试计算弹簧丝的直径：2)选择缠绕比C，通常为C 5 8，并计算补偿系数k的值；暨南大学特约作者潘存云教授，5)根据变形情况计算弹簧工作圈数，对于预应力拉簧，对于压缩弹簧或非预应力拉簧，6)检查D2、D1、H0是否满足安装要求等。7)校核计算：强度校核计算，振动校核计算，稳定性校核计算，强度校核：潘存云教授，暨南大学特约作者，潘存云教授开发，a)疲劳强度

9、校核，F1 -安装荷载；1预压缩变形；F2最大负荷；2最大变形；强度条件：当弹簧设计计算和材料力学性能数据准确时，SF=1.3 1.7当精度较低时，取SF=1.82.2。0的含义根据下页的表格选择。济南大学特约作者潘存云教授，b)静强度校核，强度条件：当弹簧设计计算和材料力学性能数据准确时，取SS=1.3 1.7；当精度较低时，SS=1.82.2。(2)振动校核计算：当加载频率很高时，很容易引起弹簧的共振，导致弹簧的破坏。因此，有必要检查振动，以确保工作频率远低于基本固有频率。暨南大学特刊作者潘存云教授说，圆柱螺旋弹簧的基本固有频率为：代入kF和mS，可以得到：其中弹簧刚度为：弹簧质量系数为：

10、为了避免弹簧的严重振动，要求：当不能满足上述要求时，应重新设计，以增加或减少kF。暨南大学特别作者：潘存云教授开发的潘存云教授，潘存云教授开发的潘存云教授，失去稳定性。当B值大于允许值时，弹簧会弯曲并在工作时失去稳定性。高度与直径之比：b=H0/D2，5.3个弹簧固定在两端，3.7个弹簧固定在一端，另一端自由旋转，Fmax，其中：Fc -稳态临界载荷；铜不稳定系数；暨南大学特约作者：潘存云教授，潘存云教授研制，潘存云教授和潘存云教授研制，不稳定。注意：导杆、导套和弹簧之间的间隙不宜过大，工作时应加润滑油。在内部安装导杆；或外部导向套。在Fc Fmax的情况下，重新选择参数以确保弹簧的稳定性。如果参数因条件不能改变，可采取以下措施：暨南大学特约作者：潘存云教授，潘存云教授开发，潘存云教授开发，1。圆柱螺旋扭簧结构，结构3360，特点：其形状类似于拉簧和压簧，但承受力矩载荷。16-4圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算，扭转弹簧的轴向长度：h0=n(0)2hh，n-有效圈数；0-轴向间距，一般取0=0.10.5毫米；d -弹簧钢丝直径；2Hh -挂钩长度；暨南大学特约作者：潘存云教授，由潘存云教授开发，潘存云教授开发，2。扭簧的特性曲线，在材料的弹性极限内，载荷(扭矩)和变形(转角)扭簧的特性曲线也线性变化。Tlim、lim-极限工作扭矩和极限转