11弹簧设计.ppt

1、11-1 概述,11-2 圆柱拉、压螺旋弹簧的设计,11-3 板弹簧的设计,11-5 其他类型弹簧,11-4 碟形弹簧,第十一章 弹簧设计,弹簧的应用,弹簧的应用,弹簧的应用,弹簧的主要功用,1.缓和冲击和吸收振动：汽车缓冲、联轴器吸振；,2.控制机构的运动：内燃机阀门；,3.储存或释放能量：钟表、枪械,4.测量力和力矩的大小：弹簧秤,按承受载荷的不同可分为 ,拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等。,按弹簧形状不同可分为 ,螺旋弹簧、碟型弹簧、环形弹簧、盘簧、板弹簧等。,11-1 概述,弹簧的分类,弹簧的主要类型,11-2 圆柱拉、压螺旋弹簧的设计,一、圆柱拉、压螺旋弹簧的结构、几何尺寸和

2、特性曲线,圆柱螺旋弹簧分压缩弹簧和拉伸弹簧。,磨平部分不少于圆周长的3/4，端头厚度一般不少于d/8。,几何尺寸和参数,弹簧指数（旋绕比）,中径 D2 外径D 内径D1 节距t 螺旋升角 弹簧丝直径d 圈数n,通常C值在416内,弹簧在弹性极限内工作，不允许有塑性变形。,min与max之差称为弹簧的工作行程,Flim为弹簧的极限工作载荷，在它的作用下弹簧丝内的应力达到了弹簧材料的屈服极限。,弹簧所受载荷与其变形之间的关系曲线，称为弹簧的特征曲线。,无初应力的拉伸弹簧，其特性曲线与压缩弹簧的特性曲线相同。,有初应力的拉伸弹簧的特征曲线，有一段假想的变形量x，相应的初拉力为F0，为克服这段假想变形

3、量，使弹簧开始变形所需的初拉力，当工作载荷大于F0时，弹簧才开始伸长。,弹簧的最小工作载荷通常取为Fmin0.2Flim,最大工作载荷通常取 Fmax0.8Flim,二、圆柱拉、压螺旋弹簧的设计约束分析,主要的约束条件是：,1.强度条件；,2.刚度条件;,对于压缩弹簧，除上述两个约束条件外，还有,3.稳定性条件。,1）强度约束条件,将作用于弹簧的轴向载荷F移至圆形剖面，此剖面上有转矩T=FD2/2和剪切力F的联合作用。,（MPa）,式中，K为曲度系数（或称补偿系数），用以考虑螺旋升角和弹簧丝曲率等的影响，其值为：,则弹簧丝的强度约束条件为：,二者在弹簧丝剖面上引起的最大剪切应力 为：,或,（m

4、m）,Fmax为弹簧的最大工作载荷。,式中， 为许用剪切应力；,2）刚度约束条件,圆柱螺旋弹簧的变形计算公式是根据材料力学求得，即：,（mm）,式中，G为材料的剪切弹性模量。,由此可得刚度约束条件为：,或,式中，k为弹簧刚度，表示弹簧单位变形时所需的力。,一般n应圆整为0.5的整数倍，且大于2。,当作用在压缩弹簧的载荷过大，高径比b=H0/D2超出一定范围时，弹簧会产生较大的侧向弯曲而失稳。,为了保证弹簧的稳定性，一般规定：,两端固定时，取b5.3；,3）稳定性约束条件,一端固定、另一端自由时，取b3.7；,两端自由时，取b2.6。,如未能满足上述要求，则要按下式进行稳定性验算：,式中，FC为

5、临界载荷；,CB为不稳定系数。,三、弹簧的材料与许用应力,对弹簧的材料的主要要求是：,1.必须有较高的弹性极限、强度极限、疲劳极限和冲击韧性；,2.具有良好的热处理性能,热处理后应有足够的经久不变的弹性,且脱碳性要小;,3.对冷拔材料要求有均匀的硬度和良好的塑性。,常用的弹簧材料有： 碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢、铜合金材料以及非金属材料等。,四、圆柱拉、压螺旋弹簧的设计方法,弹簧设计，一般是根据弹簧的最大工作载荷Fmax、最小工作载荷Fmin、工作行程及其他尺寸限制和工作条件等，确定弹簧丝直径d、工作圈数n以及其他几何尺寸，并绘制工作图。,弹簧的主要约束条件为：强度约束条件，刚度约束条件和

6、稳定性条件（压缩弹簧），除此以外，还可能有一些尺寸约束条件。,具体设计步骤为：先根据工作条件、要求等，试选弹簧材料、弹簧指数；假定弹簧丝直径，再按式114、117计算出d、n的值及相应的其他几何尺寸。,如果所得结果与设计条件不符合，则重复设计过程。,11-3 板弹簧的设计,板弹簧的刚度很大，一种强力弹簧。,一、平板矩形弹簧,主要用于各种车辆的减振装置和某些锻压设备的结构中。,板弹簧分为平板矩形弹簧和重叠板弹簧两类。,设计约束条件为最大弯曲应力和变形需满足：,二、重叠板弹簧,梯形板簧承受比较大的载荷变量，由于其占空间较大，故可将梯形板切成等宽的几块，再重叠起来，形成小型化的板弹簧。,对于重叠式的

7、板弹簧，由于板与板之间有摩擦，所以在承受振动载荷时有衰减的作用。,重叠板弹簧有各种不同的结构。,重叠板的数目一般取614块，为了防止过大的摩擦，也有只取35块。,若不考虑板间的摩擦，如前述梯形板簧一样，重叠板簧的设计约束条件为：,式中，k为修正系数，可按下式计算；,式中，n为板的块数；,n=nX(b1/b0）计算，b1、b0见图1110。,11-4 碟形弹簧,碟形弹簧呈无底碟状，一般用薄钢板冲压而成。实际中，将很多碟形弹簧组合起来，并装在导杆上或套筒中工作。,碟形弹簧只能承受轴向载荷，是一种刚度很大的压缩弹簧。,一般h/t1.3，R0/Ri=1.52.5。,可根据h/t的值的变化作载荷变形曲线。,11-5 其他类型弹簧,一、橡胶弹簧,主要以其防振功能被用于各种机械和车辆中。,具有小型、重量轻的特点，与金属的接合比较容易，对振动有衰减作用，对于高频振动的绝缘效果良好，因而也有隔音的效果。,橡胶