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文檔簡介

1、彈簧設(shè)計規(guī)范薄一、彈簧的功能精彈簧是一種彈性元件,由于材料的彈性和彈簧的結(jié)構(gòu)特點,它具有多次重復(fù)地隨外栽荷的大小而做相應(yīng)的彈 性變形,卸載后立即恢復(fù)原狀的特性。很多機(jī)械正是利用彈簧的這一特點來滿足特殊要求的。其主要功能有:節(jié)、減振和緩沖,如車輛的懸掛彈簧,各種緩沖器和彈性聯(lián)軸器中的彈簧等。菽、測力,如測力器和彈簧秤的彈簧等。. I .,噩、儲存及輸出能量,如鐘表彈簧,槍栓彈簧,儀表和自動控制機(jī)構(gòu)上的原動彈簧等。I產(chǎn) i - ''妨、控制運(yùn)動,如控制彈簧門關(guān)閉的彈簧,離合器、制動器上的彈簧,控制內(nèi)燃機(jī)氣缸閥門開啟的彈簧等。羈二、彈簧的類型、特點和應(yīng)用飛氣 / ,1菽彈簧的分類方法

2、很多,按照所承受的載荷的不同,彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等 四種;按照形狀的不同,彈簧可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、盤形彈簧和板彈簧等;按照使用材料的不 同,彈簧可分為金屬彈簧和非金屬彈簧。各種彈簧的特點、應(yīng)用見表 1。苗表1彈簧的基本類型、特點和作用膂名稱量彈簧簡圖盾特點及應(yīng)用蔻名 稱襖彈簧簡圖覆特點及應(yīng)用覆圓柱 形螺旋 彈簧J L , '_裊圖(a)承受拉力,圖(b) 承受壓力,結(jié)構(gòu)簡單, 制造方便,應(yīng)用最為廣 泛筮碟 形彈 簧敢承受壓力,緩沖及減振能 力強(qiáng),常用于重型機(jī)械的緩 沖和減振裝置。蠶圓柱 形螺旋 扭轉(zhuǎn)彈 簧!-l , !1:' - 1

3、 !1 !黃承受轉(zhuǎn)矩,主要用于各 種裝置中的壓緊和蓄能肅環(huán) 形彈 簧展承受壓力,是目前最強(qiáng)的 壓縮、緩沖彈簧,常用于重 型設(shè)備,如機(jī)車車輛、鍛壓 設(shè)備和機(jī)械中的緩沖裝置。蠅圓錐 形螺旋 彈簧蝸承受壓力,結(jié)構(gòu)緊湊, 穩(wěn)定性好,防振能力較 強(qiáng),多用于承受大載荷 和減振的場合蓬盤 簧聿承受轉(zhuǎn)矩,能儲存較大的 能量,常用作儀器、鐘表中 的彈簧。衿板彈 簧肇承受彎曲,變形大,吸 振能力強(qiáng),主要用于汽 車、拖拉機(jī)和鐵路車輛 的懸掛裝置。范在一般機(jī)械中,最常用的是圓柱螺旋彈簧。故本章主要講述這類彈簧的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計理論和計算方法。膂三、彈簧使用的材料及其用途量彈簧鋼的的主要性能要求是高強(qiáng)度和高屈服極限和疲勞

4、極限,所以彈簧鋼材用較高的含碳量。但是碳素鋼的淬透性較差,所以在對于截面較大的彈簧必須使用合金鋼。合金彈簧鋼中的主要合金元素是硅和鎰,他們可以增強(qiáng)鋼的淬透性和屈強(qiáng)比。充彈簧材料使用最廣者是彈簧鋼(SUB 。碳素鋼用于直徑較小的彈簧,工藝多為冷拔成型,如: 65#, 75#,85#。直徑稍大,需用熱成型工藝生產(chǎn)的彈簧多采用60Si2Mn,如汽車板簧,鐵路車輛的緩沖簧。對于高應(yīng)力的重要彈簧可采用 50CrV,常用于高級轎車板簧,發(fā)動機(jī)氣門彈簧等。其他彈簧鋼材料還有:65Mn,50CrMn,30W4Cr2V箍a、碳鋼及合金鋼:制造彈簧時,常加矽、鎰、銘、鈕及鋁等金屬元素于鋼中,以增加彈簧之彈性及疲勞

5、限 度,且使其耐沖擊。袁b、大型彈簧多用熱作加工,即彈簧材料高溫軋成棒,再高溫加工成形后,淬火于780度850度左右之油或水中,再施以 400度500度的溫度回火。« c、小型彈簧,先經(jīng)退火,再用冷作加工,卷成后再經(jīng)硬化回火,如鋼絲、琴鋼絲或鋼帶。 I ., i 蛔d、琴鋼絲是屬高炭鋼材(0.650.95%)制造,雜質(zhì)少,直徑常小于1/4時經(jīng)過物化處理后在常溫抽成線,其機(jī)械性質(zhì)佳,抗拉強(qiáng)度及韌性大,為優(yōu)良的螺旋彈簧材料。 , I . *'蒂e、不銹鋼絲用于易受腐蝕處,承受高溫可用高速鋼及不銹鋼。'蝕f、油回火線含碳量 0.60.7%應(yīng)含鎰,0.61.0%常用于螺圈彈簧

6、。肇g、板彈簧常用0.91.0%之普通鋼,其較高級者則使用銘銳鋼及矽鎰鋼。肆 項 目索名 稱著JIS代 碼膈概略組成11蕨主要用途及特點著單價 級別蒂回火溫度羋熱后顏色薄1芍不 銹鋼 線范SUS302 和WPB芨C(碳)、Si(硅)、R/lc漆子、D/礎(chǔ)箍經(jīng)過冷加工可得高強(qiáng)度,鐵路 車輛、輸送機(jī)螺絲、螺帽、彈簧 等,耐熱、耐蝕。螂中量300°480°之 間(視線徑之大?。┎苊谆疑涟?色蒞SUS304 和WPBIS(硫)、Ni(銀)、 Cr(銘)、Mo(旬)蔻廣為使用于不銹鋼、耐熱鋼, 又用于食品設(shè)備,一般儀學(xué)設(shè) 備,原子力,耐熱耐蝕。建2碳 鋼線帔 SWCSWB 袂 C(

7、碳)、Si(硅)、 ,Mn(鎰)、P(磷)、S(硫)袁硬拉鋼線,用于耐蝕性差,要 求精度不高,鋼性較脆,成形后 要表面處理或加防銹油。副氐腿200°400°之 間(視線徑之大?。┓恋枭?、茶 色、青色、淡 藍(lán)色、褐色薄3蝸琴 鋼線充SWPASWIB建C(碳)、Si(硅)、>Mn(鎰)、P(磷)、 S(硫)、Cu(銅)菽耐疲勞性佳,要求精度高。一 般用于電池彈簧、開關(guān)彈簧等、 鋼性柔韌,成形后要表面處理或 加防銹油。蟆局嵋200°400°之 間(視線徑之大?。┗淄琒WPA SWPB前4袂皺 銅線滕 C1720W節(jié) Be(鉞)、Mn(鎰)、 Ni(銀)

8、、P(磷)Cu(銅)+Sn(錫 )+P(磷)Ni(銀)+Co( 鉆)賺耐蝕性佳,于時效硬化處理前, 富于展性時效硬化處理后,增加 耐疲勞性,導(dǎo)電性時效硬化處理 應(yīng)加工后,可制螺絲彈簧電刷, 通訊器具(表面鍍銀、金)。U特局150° 200°黃色5磷青 銅C5191WSn(錫)、Zn(冷)、 P(磷)耐疲勞性,耐蝕性、耐磨耗性佳, 可制螺絲彈簧、扭簧、扣鈕、扎 電機(jī)、通訊市場適用(鍍金、銀)。較高150° 200°黃色6其它如油回火線、白銅線及其它線材,不常用,適用于航天科技。鍍銀 線等同SWC+Ni常需特別制做,造價昂貴。彈簧常在變載荷和沖擊載荷作用下工

9、作,而且要求在受極大應(yīng)力的情況下,不產(chǎn)生塑性變形,因此要求彈簧材料具有較高的抗拉強(qiáng)度極限、彈性極限和疲勞強(qiáng)度極限,不易松弛。同時要求有較高的沖擊韌性,良好的熱處理性能等。常見的彈簧材料有優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼和銅合金。幾種主要彈簧材料的使用性能和許用應(yīng)力見表2。表2螺旋彈簧的常用材料和許用應(yīng)力材料許用應(yīng)力rMPa推薦使用溫 度/ c推薦硬度范圍特點及應(yīng)用類別牌號I類口類W類碳素彈簧 鋼絲B、O D 級0.3 b h0.4(/0.5,-40-120價廉易得,熱處理后強(qiáng)度較高,但尺 寸大了不易淬透,多用于制作小彈簧合金鋼絲60SiMn480640800-40-20045-50HRC1.彈性和回火穩(wěn)定性

10、好, 但易脫碳,適 用于制造受重載的大彈簧。50CrVA450600750-40-210有高的疲勞極限,彈性、淬透性和回 火穩(wěn)定性好,常用于制造受變載荷的 彈簧60SiCrVA57076095045-50強(qiáng)度高,彈性好,耐高溫,適用于承 受重載荷的彈簧不銹鋼絲4CrI3450600750-40-300|1耐腐蝕,耐高溫,適用于受腐蝕介質(zhì) 影響的彈簧青銅絲QSi3-1270360450-40-12048-53HRC耐腐蝕,防磁,適用于機(jī)械或儀表中QSn4-390-100100HRC的彈簧在選擇材料時,應(yīng)考慮彈簧的用途、重要性、工作條件(如載荷性質(zhì)、大小及循環(huán)特性,工作溫度和周圍介 質(zhì),工作時間等

11、)、加工方法、熱處理和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素。如碳素彈簧鋼的價格低,強(qiáng)度高,性能好,廣泛用于受靜載荷和有限作用次數(shù)變載荷的小彈簧;合金鋼的強(qiáng)度高,彈性好,耐溫高,適用于尺寸較大及承受沖擊載 荷的彈簧;不銹鋼耐腐蝕、耐高溫,適用于在腐蝕性介質(zhì)中工作的彈簧;銅合金的耐腐和抗磁性好,但強(qiáng)度低, 適用于受力較小而又要求有耐腐蝕和防磁的彈簧。表3為優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼絲的尺寸系列和抗拉強(qiáng)度極限,供設(shè)計時參考。非金屬彈簧的材料主要是橡膠,另外還有塑料、軟木和空氣等。彈簧材料的許用應(yīng)力與材料種類、載荷性質(zhì)、熱處理方法、彈簧絲尺寸,彈簧的工作條件和重要程度有關(guān), 彈簧的許用應(yīng)力按受變載荷循環(huán)次數(shù)的情況不同分三類(見表2)

12、;循環(huán)次數(shù)在106以上的重要彈簧(如內(nèi)燃機(jī)閥門彈簧和電磁閘瓦制動彈簧等)為I類;循環(huán)次數(shù)在103-10 6之間及受沖擊載荷的彈簧(如調(diào)速器彈簧和一般車輛彈簧等)為n類;循環(huán)次數(shù)在103以下的彈簧(如一般安全閥門彈簧和磨擦式安全離合器彈簧等)為出類。碳素彈簧鋼的強(qiáng)度高、性能好,供應(yīng)充足,應(yīng)用廣泛,適于制造彈簧絲直徑dw 13mm勺彈簧。按照用途分為三級:B級(d=0.08-10mm)用于低應(yīng)力彈簧; C級d = 0.08-10mm用于中等應(yīng)用彈簧; D級(d= 0.08-6.0mm ) 用于高應(yīng)力彈簧。碳素彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度極限bb見表3。表3 GB4357-89碳素彈簧鋼絲抗拉強(qiáng)度(GB/T1

13、239.6-92 )單位:MPa鋼絲直徑 d/mm級 別鋼絲直徑 d/mm級 別B級C級D級B級C級D級1.001600196023004.51320152016201.21620191022505.01320147015701.41620186021505.51270147015701.61570181021106.01220142015201.81520176020106.31220142015202.01470171019107.011701370-2.21420166018108.011701370-2.51420166017609.011301320-2.81370162017101

14、0.011301320-3.013701570171011.01080127012703.213201570171012.01080127012703.513201570166013.01030122012204.0132015201620四、彈簧設(shè)計資料圮號名稱單位圮號名稱單位圮號名稱單位d材料直徑mmk彈簧定數(shù)kgf/mma1腕長(作動點)mmD彈簧平均在mmX莊力修止kgf/mma2晚長(固矩點)mmNa后雙圈數(shù)6艾量mmE彈性系數(shù)kgf/mmL自由長mmPi初張力kgfSUS19,000kgf/mmM密育長mm -2K應(yīng)力修止系數(shù)-SWP21,000kgf/mmG橫彈性系數(shù)kgf/mm

15、e彈簧指數(shù)D/d-kTd彈簧定數(shù)kgfmm/degSUS7000kgf/mm2L0目由長mma等曲反力kgf/mmSWPA B8000kgf/mm2a目由用P點作動點-SUWC(1)d使用的角(變量)P0點固定點-P彈簧荷重kgfR荷重作用半徑mmkb彎曲修正系數(shù)-壓縮弓簧(無研磨)壓縮弓簧(研磨)彈簧定數(shù):K= (GX d4) / (8XD3XNa)彎曲應(yīng)力:° = (8 X DX P) / (兀 d3) X KK= (4C-1 ) / (4C-4) +0.615/C荷重:P=KX 8(安全確認(rèn))安全角(間隔角):14度以下彈簧指數(shù):413扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:容許限界以下第1荷重(A): 0

16、.8L以下第2荷重(B): 1.2M以上引張彈簧荷重:P=kS+Pi初張力:Pi=(兀 d40 / (800D2)彈簧定數(shù):K= (Gd4) / (8D3Na)彎曲應(yīng)力:t = (8DP) / ( d d3) x k自由長:L0=d(N+1)+2.2(D-d)(安全確認(rèn))扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:容許限界以下彎曲應(yīng)力:容許限界以下初張力的減少:(最大引張時)扭力彈簧(臂長度的場合)彈簧定數(shù)不清:kTd= (Ed4) /3667D x N+389(a1+a2)荷重:P= (kTdx()d) /R彎曲應(yīng)力:b = (EdX(f)d) / (360DX N)(r= (32PXR) / (兀 d3) X kb(安全確

17、認(rèn)):kb= (4C2-C-1) /4C(C-1)彎曲應(yīng)力:容許限界以下4.1、 彈簧設(shè)計使用的基本公式4.1.2、 有初始張力的拉伸彈簧d恒 J恒8DP i/,+4.2、 設(shè)計彈簧時應(yīng)考慮的因素G材料符號G (N/mmi)彈簧鋼SUP6,7,8,9,9A,10,11A,12,1378x103碳鋼絲SW-B,SW-C78x103琴鋼絲SWPA,SWPB78x103油回火鋼絲SWO,SWO-V,SWOC aWOSC-V,SWOSM,SWOSC-B78x103不銹鋼絲SUS302,SUS304,SUS304N1,SUS31669x103SUS631J174x103壓縮彈簧分別表示螺旋兩端的端部磨平

18、圈數(shù)圖a-c中閉口型,Xi=X2=1圖 d-f 中開口型,Xi=X2=0.75拉伸彈簧:Na=N(a)閉口端(無磨削)(b)閉口端(磨削)(c)閉口端(錐形)(d)開口端(無磨削)(e)開口端(磨削)(f)開口端(錐形)(g)開口端3/4端部磨平圈(無磨削)(h)正切尾端(無磨削)(i)抽頭尾端(無磨削)相對于彈簧指數(shù)c的應(yīng)力修正系數(shù)取決于下式或圖、彈簧指數(shù)c:彈簧指數(shù)減小會導(dǎo)致局部應(yīng)力過大。另外,彈簧指數(shù)較大或較小時,加工性也成問題。因此,熱軋成型時,彈簧指數(shù)可在415的范圍內(nèi)選擇。冷軋成形時,彈簧指數(shù)可在422的范圍內(nèi)選擇。、縱橫比:為了確保有效圈數(shù),壓縮彈簧的縱橫比(自由高度與螺旋平均直

19、徑之比)可設(shè)定為0.8以上,另外,在考慮到端部磨平圈的情況下,一般可在0.84范圍內(nèi)選擇。、有效圈數(shù):如果有效圈數(shù)為3以下,彈簧特性則會變得不穩(wěn)定,因此應(yīng)將彈簧指數(shù)設(shè)定為3以上。、節(jié)距:節(jié)距超過 0.5D時,由于螺旋直徑通常會隨著繞曲量(負(fù)載)的增加而發(fā)生變化,需要對利用基本公式求出的繞曲量與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力進(jìn)行修正,因此應(yīng)將節(jié)距設(shè)定為0.5D以下。五、彈簧電鍍相關(guān)資料NO表面處理簡單工藝介紹鍍后顏色用途鍍層厚度鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)1鍍金(Au)原油酸洗銀1氐鍍 金一烘干金色降低接觸電阻,的增 耗,保真效果。0.040.06 g m蹲1.21.5 a m厚24H以上2鍍銘(Cr)除油-酸洗-打銅底 2次(堿銅、酸銅)銀底 鍍銘-烘干天藍(lán)色硬度身,耐

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