第16章弹簧课程学习.pptx

《第16章弹簧课程学习.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第16章弹簧课程学习.pptx（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1第第16章弹簧章弹簧(tnhung)第一页，共25页。工作特点：弹簧在外力作用工作特点：弹簧在外力作用(wi l zu yn)下能产生较下能产生较大的弹性变形，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控制机构运动或零件(ln jin)的位置的位置;16-1 16-1 弹簧的功用弹簧的功用(gngyng)(gngyng)和类型和类型 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

2、 类型：类型：分类分类2.缓冲吸振缓冲吸振;第1页/共24页第二页，共25页。本章内容本章内容分类分类(fn li)螺旋弹簧螺旋弹簧 圆柱形圆柱形 截锥形截锥形 按形状按形状(xngzhun)分分 按受载分按受载分 拉伸拉伸(l shn)弹簧弹簧 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 第2页/共24页第三页，共25页。.T一、弹簧一、弹簧(tnhung)的的应力应力已知条件已知条件(tiojin)如图。如图。16-2 16-2 圆柱螺旋拉伸圆柱螺旋拉伸(l shn)(l shn)、压缩弹簧的、压缩弹簧的应力与变形应力与变形

3、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 第3页/共24页第四页，共25页。d”.1.61.51.41.31.21.11.0C=D2/2曲度系数曲度系数K3 4 5 6 7 82010 121416918C-旋绕比，或弹簧旋绕比，或弹簧(tnhung)指数。指数。-弹簧的曲度弹簧的曲度(q d)系数系数 强度强度(qingd)条件：条件：截面总切应力：截面总切应力：d”设计公式：设计公式：第4页/共24页第五页，共25页。.二、弹簧二、弹簧(tnhung)的变形的变

4、形dD2/2微段轴向变形微段轴向变形(bin xng)量量d：C kC值过小值过小 制造制造(zhzo)困难，内侧应力困难，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。dD2FFn为有效圈数钢：钢：G=8104 Mpa,青铜：青铜：G=4104 Mpa TTOdsO第5页/共24页第六页，共25页。.一、弹簧一、弹簧(tnhung)的制造的制造16-3 16-3 弹簧弹簧(tnhung)(tnhung)的制造、材料和许用应力的制造、材料和许用应力二、弹簧二、弹簧(tnhung)的材料的材料制造过程：制造过程：卷绕、端面加卷绕、端面加工工(压簧压簧)或拉

5、钩制作（拉或拉钩制作（拉簧或扭簧）、热处理和工簧或扭簧）、热处理和工艺性试验。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（载荷的大小及性质、工作温度和周围介质充分考虑载荷条件（载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢的情况）、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。丝。第7页/共24页第八页，共25页。三、弹簧三、弹簧(tnhu

6、ng)的许用应力的许用应力弹簧按载荷弹簧按载荷(zi h)分为三类：分为三类：I类弹簧类弹簧(tnhung)：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(tnhung)。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 ，或受静载荷的或受静载荷的 弹簧。弹簧。第8页/共24页第九页，共25页。表表161 螺旋弹簧的常用材料和许用应力螺旋弹簧的常用材料和许用应力材材 料料名名 称称牌号牌号65、

7、70 0.3B 0.4B 0.5B 40120 碳素弹簧碳素弹簧钢丝钢丝,60Si1Mn 480 640 800 40200 4550HRC合金弹合金弹簧钢丝簧钢丝类类弹簧弹簧I青铜丝青铜丝类类弹簧弹簧II类类弹簧弹簧III推荐使用推荐使用温度温度 推荐硬度推荐硬度范围范围 特性及用途特性及用途 强度高，性能好，强度高，性能好，但尺寸大了不易淬但尺寸大了不易淬透，只适用于小弹透，只适用于小弹簧。簧。50CrVA 450 600 750 40210 4550HRC 4Cr13 450 600 750 40300 4853HRC QSi3-1 270 360 450 QSn4-3 270 360

8、45040120 90100HBS弹性和回火稳定性弹性和回火稳定性好，易脱碳，用于好，易脱碳，用于制造受重载的弹簧。制造受重载的弹簧。有高的疲劳极限，有高的疲劳极限，弹性、淬透性和回弹性、淬透性和回火稳定性好，常用火稳定性好，常用于承受变载的弹簧于承受变载的弹簧耐腐蚀，耐高温，耐腐蚀，耐高温，适用于做较大的适用于做较大的弹簧弹簧耐腐蚀，防磁好耐腐蚀，防磁好许用切应力许用切应力/MPa第9页/共24页第十页，共25页。组组 别别III、IIaIII钢丝直径钢丝直径 d/mm0.2 0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 8.

9、02700 2700 2650 2600 2500 2400 2200 2000 1800 1700 1650 1600 1500 1500 1450 -2250 2250 2200 2150 2050 1950 1850 1800 1650 1650 1550 1500 1400 1400 1350 12501750 1750 1700 2170 1650 1550 1450 1400 1300 1300 1200 1150 1150 1100 1350 1250表表162 碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限第10页/共24页第十一页，共25页。.16-4 16-4 圆柱圆

10、柱(yunzh)(yunzh)螺旋拉伸、压缩弹簧螺旋拉伸、压缩弹簧的设计的设计一、结构尺寸一、结构尺寸(ch cun)(ch cun)和特性和特性曲线曲线1.1.压缩弹簧的结构压缩弹簧的结构(jigu)(jigu)尺尺寸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 。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，以使弹簧站立平圈并紧，以使弹簧站立平直，这部分不参与变形。直，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=

11、n+(1.52.5)为使工作平稳，为使工作平稳，n1的尾数取的尾数取1/21/2第11页/共24页第十二页，共25页。.节距：节距：t=d+式中式中22为最大工作载荷为最大工作载荷F2F2作用作用(zuyng)(zuyng)时的变形量。时的变形量。通常通常(tngchng)t(0.30.5)D2,=5(tngchng)t(0.30.5)D2,=5 99 间距间距:2 20.8n0.8nF2螺旋螺旋(luxun)(luxun)升角：升角：弹簧丝的展开长度弹簧丝的展开长度:D D2 2 n n1 1coscosL=L=t tD D2 2=arctg=arctg自由高度自由高度:H0=n+(n1+1

12、)dH0=n+(n1-0.5)d对于两端并紧磨平结构对于两端并紧磨平结构H0t t弹簧的并紧高度：弹簧的并紧高度：Hs=(n1+1)d(n1-0.5)d两端并紧不磨平结构：两端并紧不磨平结构：HsHsD2第12页/共24页第十三页，共25页。.当当b b大于许用值时，弹簧大于许用值时，弹簧(tnhung)(tnhung)工作时会弯曲而失工作时会弯曲而失稳。稳。措施：内部措施：内部(nib)(nib)加装导向杆、或外部加导加装导向杆、或外部加导向套。向套。加装导向杆加装导向杆b=H0/D D2 2高径比：高径比：5.3 3.7两端两端(lin dun)固定的弹簧固定的弹簧一端固定，另一端铰支的弹

13、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第13页/共24页第十四页，共25页。.2.2.压缩弹簧压缩弹簧(tnhung)(tnhung)的特性的特性曲线曲线特性特性(txng)(txng)曲线曲线-载荷载荷变形变形曲线曲线压缩压缩(y su)弹簧的弹簧的特性曲线特性曲线F1F2FlimF第14页/共24页第十五页，共25页。.arctgarctgk k最小工作最小工作(gngzu)(gngzu)载载荷荷:F F1 1=（0.20.5）F2最大工作最大工作(gngzu)(gngzu)载荷载荷-F2-F2在在F2F2的作用的作用(zuyng)(zuyng)下，下，max max 极

14、限载荷极限载荷-F FlimlimlimE2 21 10 0压缩弹簧的压缩弹簧的特性曲线特性曲线FF1F2FlimH2HlimH1最小变形最小变形-1 1对应的变形对应的变形-2 2极限变形极限变形-limlim0.8n弹簧刚度：弹簧刚度：弹簧势能弹簧势能 E E F1F2FlimH0自由高度自由高度第15页/共24页第十六页，共25页。3.3.拉伸拉伸(l shn)(l shn)弹簧的结构弹簧的结构特点特点a)a)各圈相互各圈相互(xingh)(xingh)并紧并紧=0=0；b)b)制作完成制作完成(wn chng)(wn chng)后具后具有初拉力；有初拉力；c)c)端部做有拉钩，以便安装

15、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。第16页/共24页第十七页，共25页。二、弹簧设计计算二、弹簧设计计算(j sun)(j sun)步骤步骤设计设计(shj)(shj)要要求：求：有足够有足够(zgu)(zgu)的强度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2

16、 2，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3)3)求应力：求应力：5)5)确定弹簧的圈数确定弹簧的圈数n n；2)2)计算弹簧刚度：计算弹簧刚度：k=k=F2/2 2 4)4)求簧丝直径：求簧丝直径：6)6)确定弹簧的结构尺寸确定弹簧的结构尺寸第17页/共24页第十八页，共25页。.16-5 16-5 其他其他(qt)(qt)弹簧简介弹簧简介 一、圆柱螺旋一、圆柱螺旋(luxun)(luxun)扭转弹簧扭转弹簧端部结构端部结构(jigu):特点：特点：外形和拉压弹簧相似，但承受

17、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。第18页/共24页第十九页，共25页。.当力矩当力矩(l j)为为M时，若时，若很小，则可认为扭簧只承受弯矩。很小，则可认为扭簧只承受弯矩。强度强度(qingd)条件：条件：扭转扭转(nizhun)变形：变形：W-截面系数截面系数 1.25E-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

18、荷第19页/共24页第二十页，共25页。1）对于精度高的扭转弹簧，圈与圈之间应留有间隙，以免）对于精度高的扭转弹簧，圈与圈之间应留有间隙，以免(ymin)载荷作用下，因摩擦而影响其特性曲线。载荷作用下，因摩擦而影响其特性曲线。2）扭转弹簧的旋向应与外加力矩一致。弹簧内侧的最）扭转弹簧的旋向应与外加力矩一致。弹簧内侧的最大工作应力（压）与卷绕产生的残余应力（拉）反向大工作应力（压）与卷绕产生的残余应力（拉）反向（抵消），从而（抵消），从而(cng r)提高承载能力。提高承载能力。3）心轴和弹簧内径）心轴和弹簧内径(ni jn)之间必须留有间隙。避免因之间必须留有间隙。避免因D2减小而抱轴。减小而

19、抱轴。设计要点：设计要点：第20页/共24页第二十一页，共25页。.1234OFy/t二、碟形弹簧二、碟形弹簧(tnhung)结构结构(jigu)特点：用钢板冲制而成，外形象碟子。特点：用钢板冲制而成，外形象碟子。载荷、变形：轴向力沿周边载荷、变形：轴向力沿周边(zhu bin)均匀分布、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第21页/共24页

20、第二十二页，共25页。.F加载加载卸载卸载(xi zi)碟形弹簧组合碟形弹簧组合(zh)形式形式对合式对合式(h sh)组合弹簧组合弹簧-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可同时增加变形量和承载能力承载能力第22页/共24页第二十三页，共25页。优点优点(yudin)：变形量小、承载能力大、在受载方向变形量小、承载能力大、在受载方向(fngxing)空间尺寸小。空间尺寸小。用途用途(yngt)：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。第23页/共24页第二十四页，共25页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第24页/共24页第二十五页，共25页。