浙大机械设计基础课件-第16章-弹簧ppt.ppt
为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能第第16章章 弹弹 簧簧 16-1 弹簧的功用和类型弹簧的功用和类型16-2 弹簧的制造、材料和许用应力弹簧的制造、材料和许用应力16-3 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形16-5 其他弹簧简介其他弹簧简介16-4 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能工作特点：工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形，弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形，在机械设备中被广泛用作弹性元件。在机械设备中被广泛用作弹性元件。功用：功用：1.控制机构运动或零件的位置控制机构运动或零件的位置;16-1 弹簧的功用和类型弹簧的功用和类型 3.存储能量存储能量;4.测量力的大小测量力的大小。螺旋螺旋弹簧弹簧 圆柱形圆柱形 截锥形截锥形 按形状分按形状分 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 弹簧弹簧类型类型2.缓冲吸振缓冲吸振;为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能本章内容本章内容弹簧弹簧类型类型螺旋弹簧螺旋弹簧 圆柱形圆柱形 截锥形截锥形 按形状分按形状分 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 环形弹簧环形弹簧 平面涡圈弹簧平面涡圈弹簧板弹簧板弹簧 碟形弹簧碟形弹簧 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、弹簧的制造一、弹簧的制造16-2 弹簧的制造、材料和许用应力弹簧的制造、材料和许用应力二、弹簧的材料二、弹簧的材料制造过程：制造过程：卷绕、端面加工卷绕、端面加工(压簧压簧)或拉钩制作（拉簧或扭或拉钩制作（拉簧或扭簧）、热处理和工艺性试验。簧）、热处理和工艺性试验。冷卷：冷卷：d12 mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的，不易淬透，故仅适用于小尺寸的 弹簧。弹簧。优点：优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高 的弹簧。的弹簧。选用原则：选用原则：充分考虑载荷条件、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳充分考虑载荷条件、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。素碳簧钢丝。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三、弹簧的许用应力三、弹簧的许用应力弹簧材料的机械性能按受载情况分为三类：弹簧材料的机械性能按受载情况分为三类：P282I类弹簧：类弹簧：受变载荷作用次数受变载荷作用次数106，或很重要的弹簧。或很重要的弹簧。II类弹簧：类弹簧：受变载荷作用次数在受变载荷作用次数在103 105，或受冲击或受冲击 载荷的弹载荷的弹 簧，或受静载荷的重要弹簧。簧，或受静载荷的重要弹簧。III类弹簧：类弹簧：受变载荷作用次数在受变载荷作用次数在103 ，或受静载荷的弹簧。或受静载荷的弹簧。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能T一、弹簧的应力一、弹簧的应力已知条件如图。已知条件如图。16-3 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形D2dTFF截面受力：截面受力：剪切应力：剪切应力：剪切应力：剪切应力：FF D2/2弹弹簧簧轴轴线线 d D2/2弹弹簧簧轴轴线线 d”F”D2/2弹弹簧簧轴轴线线 d 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.61.51.41.31.21.11.0C=D2/2曲度系数曲度系数K3 4 5 6 7 82010121416918C-旋绕比，或弹簧指数。旋绕比，或弹簧指数。-弹簧的曲度系数弹簧的曲度系数 强度条件：强度条件：截面总切应力：截面总切应力：d”未考虑簧丝曲率的应力d”设计公式：设计公式：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、弹簧的变形二、弹簧的变形dD2/2微段轴向变形量微段轴向变形量dl：C kC值过小值过小 制造困难，内侧应力制造困难，内侧应力；取值范围：取值范围：C=416 C值过大值过大 弹簧容易颤动。弹簧容易颤动。dlD2FlF钢：钢：G=8104 Mpa,青铜：青铜：G=4104 Mpa TTOdsO为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能16-4 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计一、结构尺寸和特性曲线一、结构尺寸和特性曲线1.1.压缩弹簧的结构尺寸压缩弹簧的结构尺寸压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定间距压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定间距d d 。d d支承圈或死圈支承圈或死圈-两端有两端有3/43/45/45/4圈并紧，以使弹簧站立平直，圈并紧，以使弹簧站立平直，这部分不参与变形。这部分不参与变形。不磨平不磨平磨平磨平端部磨平端部磨平-重要弹簧重要弹簧端部不磨平端部不磨平-一般用途一般用途d/4压缩弹簧的总圈数：压缩弹簧的总圈数：n1=n+(1.52.5)其它尺寸见其它尺寸见P284表。表。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2.2.压缩弹簧的特性曲线压缩弹簧的特性曲线特性曲线特性曲线-载荷载荷变变形曲线形曲线压缩弹簧的压缩弹簧的特性曲线特性曲线F1F2FlimFl l为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能arctgarctgk k最小工作载荷最小工作载荷:F1=(0.20.5)F2最大工作载荷最大工作载荷-F2在在F2的作用下，的作用下，t tmaxt t 极限载荷极限载荷-Fliml llimUl l2l l1l l0压缩弹簧的压缩弹簧的特性曲线特性曲线Fl lF1F2FlimH2HlimH1最小变形最小变形-l l 1对应的变形对应的变形-2极限变形极限变形-l llim0.8nd d弹簧刚度：弹簧刚度：弹簧势能弹簧势能 U F1F2FlimH0自由高度自由高度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能当当b大于许用值时，弹簧工作时会弯曲而失稳。大于许用值时，弹簧工作时会弯曲而失稳。措施：措施：内部加装导向杆、或外部加导向套。内部加装导向杆、或外部加导向套。加装导向杆加装导向杆b=H0/D2高径比：高径比：5.3 3.7两端固定的弹簧两端固定的弹簧一端固定，另一端铰支的弹簧一端固定，另一端铰支的弹簧加装导向套加装导向套失稳失稳为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.3.拉伸弹簧的结构特点拉伸弹簧的结构特点a)a)各圈相互并紧各圈相互并紧d d=0=0；b)b)制作完成后具有初拉力；制作完成后具有初拉力；c)c)端部做有拉钩，以便安装和加载。端部做有拉钩，以便安装和加载。拉钩形式：拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型、半圆钩环型、圆钩环型、转钩、可调转钩。转钩、可调转钩。改进后的结构改进后的结构拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、弹簧设计计算步骤二、弹簧设计计算步骤设计要求：设计要求：有足够的强度有足够的强度符合符合载荷载荷-变形变形曲线的要求曲线的要求（刚度要求）（刚度要求）不发生侧弯不发生侧弯(失稳失稳)已知条件：已知条件：最大工作载荷最大工作载荷F2和相应的变形和相应的变形l l2，其他其他 要求（如工作温度、安装空间的限制等）要求（如工作温度、安装空间的限制等）计算步骤：计算步骤：1)1)选择弹簧材料及结构形式。选择弹簧材料及结构形式。4)4)确定弹簧的圈数确定弹簧的圈数n。2)2)计算弹簧刚度：计算弹簧刚度：k=F2/l2 3)3)求簧丝直径：求簧丝直径：5)5)确定弹簧的结构尺寸。确定弹簧的结构尺寸。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能16-5 其他弹簧简介其他弹簧简介 一、圆柱螺旋扭转弹簧一、圆柱螺旋扭转弹簧端部结构端部结构:特点：特点：外形和拉压弹簧相似，但承受力矩载荷。外形和拉压弹簧相似，但承受力矩载荷。作用：作用：用于压紧和储能，如门的自动复位、电机中保用于压紧和储能，如门的自动复位、电机中保 持电刷的接触压力等。持电刷的接触压力等。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能当力矩为当力矩为M时，若时，若a a很小，则可认为扭簧只承受弯矩。很小，则可认为扭簧只承受弯矩。强度条件：强度条件：扭转变形：扭转变形：W-截面系数截面系数s s 1.25t tE-材料的弹性模量，材料的弹性模量，I-弹簧丝截面的惯性矩，弹簧丝截面的惯性矩，D2-弹簧的中径，弹簧的中径，n-弹簧的有效圈数。弹簧的有效圈数。MMMM扭转弹簧的载荷扭转弹簧的载荷为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1234OFy/t二、碟形弹簧二、碟形弹簧结构特点：结构特点：用钢板冲制而成，外形象碟子。用钢板冲制而成，外形象碟子。载荷、变形：载荷、变形：轴向力沿周边均匀分布、轴向力沿周边均匀分布、h变小而产生轴向变形。变小而产生轴向变形。特性曲线：特性曲线：呈非线性，变形取决于比值呈非线性，变形取决于比值h/t变化。变化。重要特性：重要特性：当当h/t1.5时，中间一段接近于水平。时，中间一段接近于水平。F簧片变平点簧片变平点D1thDht=1.5ht=2.75ht=0.5为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能Fl l加载加载卸载卸载碟形弹簧组合形式碟形弹簧组合形式对合式组合弹簧对合式组合弹簧-变形量增加，承载力不变。变形量增加，承载力不变。吸振能力吸振能力复合式弹簧：复合式弹簧：叠合式组合弹簧叠合式组合弹簧-摩擦阻尼大，特别适用于缓冲和吸振摩擦阻尼大，特别适用于缓冲和吸振在变形量不变时，承载力大大增加在变形量不变时，承载力大大增加。摩擦消耗的能量摩擦消耗的能量-阴影面积阴影面积可同时增加变形量和承载可同时增加变形量和承载能力能力为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能优点：优点：变形量小、承载能力大、在受载方向空间尺寸小。变形量小、承载能力大、在受载方向空间尺寸小。用途：用途：常用作重型机械、飞机等的强力缓冲弹簧，以及在离合器、常用作重型机械、飞机等的强力缓冲弹簧，以及在离合器、减压阀、密封圈、自动控制机构中获得了广泛地应用。减压阀、密封圈、自动控制机构中获得了广泛地应用。缺点：缺点：用作高精度控制弹簧时，对材料和制造工艺（加工精度、热用作高精度控制弹簧时，对材料和制造工艺（加工精度、热处理）要求较严，制造困难。处理）要求较严，制造困难。
