弹簧设计资料优秀PPT.ppt
机械设计机械设计交通学院2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 2第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计重点内容重点内容一、常用弹簧的类型、特点、应用、材料及制一、常用弹簧的类型、特点、应用、材料及制一、常用弹簧的类型、特点、应用、材料及制一、常用弹簧的类型、特点、应用、材料及制造工艺造工艺造工艺造工艺二、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算二、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算二、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算二、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算一、一、弹簧的功能弹簧的功能1.缓冲吸振缓冲吸振 车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧，通常具车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧，通常具有较大的弹性变形，可以吸取较多的冲击能量。有较大的弹性变形，可以吸取较多的冲击能量。15-1 弹簧的功能、类型及特性曲线弹簧的功能、类型及特性曲线第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 32.限制运动限制运动 在变形范围内作用力变更不大。在变形范围内作用力变更不大。3.储存和释放能量储存和释放能量 钟表中的弹簧钟表中的弹簧。既有较大的弹性，又有稳。既有较大的弹性，又有稳定的作用力。定的作用力。4.测量力或力矩测量力或力矩 弹簧秤中弹簧弹簧秤中弹簧。具有稳定的载荷。具有稳定的载荷-变形性能。变形性能。第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 4二、二、弹簧的分类弹簧的分类弹簧弹簧 圆柱形弹簧圆柱形弹簧 圆锥形弹簧圆锥形弹簧 按形态分按形态分 按受载分按受载分 拉伸弹簧拉伸弹簧 压缩弹簧压缩弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 蝶形弹簧蝶形弹簧 环形弹簧环形弹簧 弯曲弹簧弯曲弹簧 弹簧特性曲线：弹簧的载荷弹簧特性曲线：弹簧的载荷(F、T)-变形变形(、)曲线曲线 常用金属弹簧类型、特性曲线、特点和应用见表常用金属弹簧类型、特性曲线、特点和应用见表16-12022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 52022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 6第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 7第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 8第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计15-2 弹簧的材料、许用应力和制造弹簧的材料、许用应力和制造一、一、弹簧的材料和许用应力弹簧的材料和许用应力1.材料要求材料要求屈服极限屈服极限疲劳极限疲劳极限冲击韧性冲击韧性良好的热处理良好的热处理2.常用材料常用材料碳素弹簧钢碳素弹簧钢锰弹簧钢锰弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢常用金属弹簧材料的性能，见表常用金属弹簧材料的性能，见表16-2、16-3。2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 10第十六章第十六章 弹簧设计弹簧设计2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 11第十六章第十六章 弹簧设计弹簧设计3.选择原则选择原则功能及重要程度功能及重要程度工作条件工作条件载荷的性质和大小载荷的性质和大小加工工艺和热处理加工工艺和热处理经济性经济性二、圆柱螺旋拉压二、圆柱螺旋拉压弹簧的制造和端部结构弹簧的制造和端部结构1.制造工艺过程制造工艺过程(a)卷绕卷绕2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 12冷卷：直径小于冷卷：直径小于810mm，常温下卷成，只进行回火，常温下卷成，只进行回火处理，以消退内应力。处理，以消退内应力。热卷热卷：直径较粗，热卷温度一般在：直径较粗，热卷温度一般在8001000,然然后进行后进行淬火淬火及及回火回火处理。处理。(b)两端面加工两端面加工(压缩弹簧压缩弹簧)或制作挂钩或制作挂钩(拉伸弹簧拉伸弹簧)(c)热处理热处理(d)工艺试验工艺试验必要时，强压或喷丸必要时，强压或喷丸2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 132022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 14第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计2.端部结构端部结构2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 15第十六章第十六章 弹簧设计弹簧设计2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 16第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计最小工作载荷最小工作载荷F1,最小变形最小变形 1；最大工作载荷最大工作载荷F2,变形变形 2，极限极限工作载荷工作载荷Flim,变形变形 lim。F1=(0.30.5)F2F2由工作条件确定。由工作条件确定。一一.特性曲线特性曲线15-3 拉伸拉伸(压缩压缩)弹簧的设计计算弹簧的设计计算 1.压缩特性曲线压缩特性曲线弹簧的弹簧的工作行程工作行程：h=2-1Flim由极限工作应力由极限工作应力 lim 求出。求出。lim 材料的剪切屈服极限材料的剪切屈服极限一般取一般取F2 0.8Flim 2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 172.拉伸弹簧的特性曲线拉伸弹簧的特性曲线(1)没有预应力没有预应力:特性曲线通特性曲线通过坐标原点过坐标原点(卷绕时，在弹卷绕时，在弹簧中没有产生的预应力簧中没有产生的预应力)F FminminF FminminF FmaxmaxF FmaxmaxF F FlimlimF Flimlim minFmin max limFmaxFlimH0H1H2Hlim2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 18F FminminF FminminF FmaxmaxF FmaxmaxF F FlimlimF Flimlim minFmin max limFmaxFlimH0H1H2HlimF0(2)有预应力有预应力:特性曲线没有特性曲线没有通过坐标原点通过坐标原点(卷绕时，在卷绕时，在弹簧中产生的预应力弹簧中产生的预应力)2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 19弹簧中径弹簧中径D2，弹簧丝的直径，弹簧丝的直径d，轴线作用力为，轴线作用力为F。弹簧受轴向载荷弹簧受轴向载荷F时，作用在轴向截面时，作用在轴向截面A-A上的力有：上的力有：轴向力轴向力F，扭矩，扭矩T=FD2/2。二、强度和刚度计算二、强度和刚度计算1.弹簧中的应力弹簧中的应力 设计圆柱螺旋弹簧时，依据强度准则确定弹簧设计圆柱螺旋弹簧时，依据强度准则确定弹簧的直径的直径D和簧丝直径和簧丝直径d；依据刚度准则确定工作圈；依据刚度准则确定工作圈数数n。F A-AT d d B-BTF D2/2BBFFFF”AAT截面受力：截面受力：剪切应力剪切应力扭切应力扭切应力总应力总应力 FTT T D2/2弹弹簧簧轴轴线线 d TF FD2/2弹弹簧簧轴轴线线 d FD2/2 d 修正修正 FT TC-旋绕比，或弹簧指数。旋绕比，或弹簧指数。2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 21 弹簧指数弹簧指数C是设计中的重要参数。是设计中的重要参数。C值太大，弹簧过软（刚度小），易抖动；值太大，弹簧过软（刚度小），易抖动；C值太小，过硬，卷绕时簧丝弯曲猛烈。值太小，过硬，卷绕时簧丝弯曲猛烈。C值范围为值范围为416，常用，常用58，设计时可按簧丝，设计时可按簧丝直径由表直径由表16-5选取。选取。2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 22若考虑螺旋升角和簧丝曲率对应力集中的影响若考虑螺旋升角和簧丝曲率对应力集中的影响:K为弹簧的曲度系数为弹簧的曲度系数 2.强度条件强度条件设计公式设计公式校核公式校核公式2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 233.弹簧的刚度弹簧的刚度拉压时弹簧的轴向变形拉压时弹簧的轴向变形 为为弹簧的刚度弹簧的刚度k为为弹簧的工作圈数弹簧的工作圈数n为为G为弹簧材料的剪切模量为弹簧材料的剪切模量2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 24三、结构尺寸计算三、结构尺寸计算 表表16-6 圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：簧丝直径簧丝直径d、外径外径D、内径内径D1、中径中径D2、节距节距p、螺旋升角螺旋升角、自、自由高度（压缩弹簧）或长度（拉伸弹簧）由高度（压缩弹簧）或长度（拉伸弹簧）H0等。等。2022/11/1鲁东高校 交通学院 Page 27第十五章第十五章 弹簧设计弹簧设计本章小结本章小结一、弹簧的功能、类型及特性曲线一、弹簧的功能、类型及特性曲线二、弹簧的材料、许用应力和制造二、弹簧的材料、许用应力和制造三、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计三、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算算
