机械设计第十六章

1、16-1概述、工作特性：弹簧在外力作用下会产生较大的弹性变形，被广泛用作机械设备中的弹性元件。功能：1。控制机构的运动或部件的位置，例如离合器2，缓冲和吸收振动，例如车辆悬架3，存储能量，例如时钟4，测量力的大小，例如弹簧标尺5，改变系统的固有频率，分类，螺旋弹簧，按形状划分，按负载划分，拉伸弹簧，压缩弹簧，扭转弹簧，环形弹簧，平面涡卷弹簧和板簧。16-2圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料和许用应力，自由状态下弹簧的节距p，最大载荷下的距离，1 1=0.1d，0.2mm d为弹簧丝的直径，公式说明：d2mm，最小距离1为0.1d，当d2mm时，最小距离1为0.2mm，保证至少0.2mm。1。圆柱螺

2、旋压缩弹簧，死环：弹簧的两个端环应与相邻的环系紧，只起支撑作用，不参与变形。数量：当弹簧的工作圈数为n7时，两端的死圈数约为11。75转。弹簧端部结构有多种形式。两个端环与相邻的环紧密且光滑，但不光滑。加热和缠绕时，弹簧钢丝的两端锻造成扁平状，并与相邻的环紧密结合。在重要场合，应采用YI型，以确保两个支撑端面垂直于弹簧的轴线，这样弹簧在压缩时不会歪斜。弹簧丝的直径为0.5毫米，弹簧的两个支撑端面不需要磨平。d 0.5毫米弹簧，两个支撑端面应磨平。展平部分应不小于周长的3/4，端部厚度一般不小于d/8，端面表面粗糙度应小于Ra25m。2.当圆柱形螺旋拉伸弹簧卸载时，线圈应相互靠近。在缠绕过程中，

3、在线圈开始分离之前，预应力被扭转并同时施加张力，节省了轴向工作空间。拉簧的末端装有安装和装载用的挂钩。锂和LII易于制造和广泛使用。但是，由于挂钩过渡处的弯曲应力较大，仅适用于弹簧钢丝直径为d10 mm的LVII和LVIII挂钩不与弹簧钢丝集成的弹簧，适用于应力较大的场合。螺旋弹簧1的制造工艺。盘绕2。钩子3。端面环精加工4。热处理5。过程测试6。强压冷卷：直径为d(810) mm的弹簧丝热卷，经预热处理后拉伸：根据弹簧丝的厚度，在800-1000范围内选择热处理：冷卷回火热卷淬火中温回火处理强压处理：超过极限载荷648小时，产生有益的残余应力，不适用于长期振动、高温或腐蚀性介质，106、10

4、3、105、103、S:静态D:动态L:低M:中H:高。 常用的弹簧钢主要有以下几种：碳弹簧钢：价格便宜，反复变形后容易失去弹性，工作温度为130的低锰弹簧钢：淬透性好，强度高。 小弹簧用硅锰弹簧钢：弹性极限显著提高，回火稳定性好；汽车、拖拉机螺旋弹簧用铬钒钢：结构优良，强度和韧性好，抗疲劳和冲击性能好，在-40210下工作可靠，但价格昂贵。它们大多用于要求高的地方，如制造航空发动机调节系统的弹簧。16-3圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计和计算。(1)几何参数计算为外径D2、中径D、内径D1、节距p、螺旋角和弹簧丝直径D.，压缩弹簧长细比b b=H0/D2 b在15.3的范围内选择，表16-3，

5、计算公式，压缩弹簧拉伸弹簧，参数名称和代号，中等直径D=Cd取标准值，自由高度或长度H0，有效圈数n，要注意，h H是卸扣的展开长度，两端系紧。H0pn (1.52)d端紧而不光滑；H0pn (33.5)d，mm，内径D1 D1=D -d，卷绕比C=D /d，外径D2 D2=D d，H0=nd Hh，Hn=H0 -n Hn=H0 n是工作变形，n2，根据16-11计算，工作高度或长度，建议使用1/2圈，从表16-3继续，计算公式，压缩弹簧和拉伸弹簧，参数名称和代码，总圈数n1，节距P=0.280.5)D 准备就绪，注意，对于铍青铜，=8100kg/m3，n1=n，冷线圈：n1=n(22.5)y

6、 ii型热线圈：n1=n (1.52)，dn1，cos，l=-，=tan-1 (p/d)，ldnlh，D2 H0自由长度无应力变形Fmin预载H1弹簧长度在预载下最小弹簧变形Fmax最大工作载荷H2弹簧长度在最大工作载荷下最大弹簧变形Flim极限载荷H3弹簧长度lim极限载荷下极限载荷弹簧变形，无预紧力在相同的f作用下，有预应力拉簧的变形小于无预应力拉簧的变形。Fmin=(0.10.5)Fmax Fmax0.8Flim，(3)圆柱螺旋弹簧在载荷作用下的应力和变形截面形状：大部分为圆形截面，也有矩形截面，A-A截面，B-B截面，F T=FD/2(扭矩)，轴向力Fsin横向力Fcos弯矩Tsin扭

7、矩Tcos，B-B轴向力Fsin，横向力Fcos，弯矩Tsin扭矩Tcos，因为弹簧螺旋角一般取为=59，所以，在载荷作用下，圆柱螺旋弹簧的应力和变形截面形状在弹簧钢丝横截面内添加，k是弹簧曲率系数，以及圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧在加载后的轴向变形。 弹簧的有效圈数-弹簧材料的剪切模量。对于压缩弹簧和无预应力拉簧，由弹簧钢丝制成的无淬火拉簧具有一定的初张力。如果不需要初始张力，每个圆之间应该有一个间隙。淬火弹簧没有初始张力。初始张力按下式计算，弹簧弹力可通过合理选择C来控制。(4)圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计，1)根据工作条件和具体情况选择材料，并检查其机械性能数据。2)选择卷绕比C，通常为C

8、58(极限状态下不小于4或大于16)，并计算曲率系数K值。3)根据安装空间中设定的初始弹簧直径D，根据C值估算弹簧丝的直径D，弹簧丝的许用应力见表16-2。4)尝试计算弹簧钢丝的直径。当使用碳弹簧丝或65Mn弹簧丝作为弹簧材料时，钢丝的许用应力取决于B，B随D变化，然后试着计算。d、d、n和H0的最终值应符合标准表16-6。5)根据变形情况计算弹簧工作圈数；6)计算预应力拉簧、压缩弹簧或非预应力拉簧的弹簧尺寸D2、D1、H0，并检查其是否满足安装要求。如果不符合，应重新选择和设计相关参数(如c值)。7)检查稳定性、疲劳强度、静应力强度和振动的计算。示例16-1设计一个普通的圆柱螺旋拉伸弹簧。众

9、所周知，弹簧在一般载荷条件下工作，需要中间直径为D18毫米，外径为D222毫米。当弹簧的拉伸变形为1=7.5毫米时，拉伸变形为2=17毫米时，拉伸力F1=180N牛顿，拉伸力F2=340N牛顿。1.根据工作条件选择材料并确定其许用应力。因为弹簧在一般载荷条件下工作，它们可以被认为是三级弹簧。现在选择SL型碳弹簧钢丝。D2-D22-18=4弹簧钢丝的估计直径为3.0毫米、2。根据强度条件，选择卷绕比C=6，直径不够，13700.50.8，18/3=6，上限值与原估算值相近，弹簧钢丝标准直径d=3.4mm毫米取D=14圈。4.检查(1)弹簧的初始张力为81.97兆帕，初始应力值为适当的5.294，

10、以及极限工作载荷。5.进行结构设计，选择两端卸扣，计算所有尺寸(略)、中心臂扭簧和16-4圆柱螺旋扭簧的设计计算。(1)圆柱形设计，内臂扭簧、外臂扭簧、双扭簧和扭簧的特性曲线，Tmin=(0.10.5)Tmax，H0=n(d 0) Hh，0。相邻两个弹簧圈之间的轴向距离一般取钩或杠杆臂沿弹簧轴向的长度，(2)圆柱螺旋扭转弹簧在载荷作用下的应力，(3)圆柱螺旋扭转弹簧的设计：首先选择材料和许用应力，选择C值，计算K1或暂取K1=1。对于具有圆形截面弹簧钢丝的弹簧，如果中间变量不成功，增加直径、扭转弹簧的数量、扭转弹簧钢丝的长度，Lh表示钩或杠杆臂的长度，并尝试设计示例16-2中的NIII圆柱螺旋扭转弹簧。最大工作扭矩Tmax=7牛米，最小工作扭矩T