拉伸彈簧的設計計算

1、第四十八講第四十八講主講教師：曾平學時：主講教師：曾平學時：第十五章第十五章 彈彈 簧簧學習內(nèi)容學習內(nèi)容學習要求學習要求思考題與習題思考題與習題15151 1 概述概述15152 2 彈簧的制造、材料和許用應力彈簧的制造、材料和許用應力15153 3 圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的 設計計算設計計算學學 習習 內(nèi)內(nèi) 容容學習要求：學習要求：1.1.了解彈簧的功用、種類結(jié)構(gòu)材料和制了解彈簧的功用、種類結(jié)構(gòu)材料和制造工藝等基礎知識；造工藝等基礎知識；2.2.了解彈簧的工作特點、特性曲線、剛了解彈簧的工作特點、特性曲線、剛度和穩(wěn)定性等基本概念；度和穩(wěn)定性等基本概念；3.3.熟悉圓柱

2、螺旋壓縮、拉伸彈簧的設計熟悉圓柱螺旋壓縮、拉伸彈簧的設計計算，主要包括強度和剛度計算、基計算，主要包括強度和剛度計算、基本參數(shù)和幾何尺寸計算、結(jié)構(gòu)設計、本參數(shù)和幾何尺寸計算、結(jié)構(gòu)設計、特性曲線等。特性曲線等。一、彈簧的功用一、彈簧的功用 彈簧是一種彈性的元件，它具有剛度小、變彈簧是一種彈性的元件，它具有剛度小、變形大、在載荷作用下易產(chǎn)生較大彈性變形等特形大、在載荷作用下易產(chǎn)生較大彈性變形等特點，在各類機械中應用十分廣泛。點，在各類機械中應用十分廣泛。 彈簧的主要功用有：彈簧的主要功用有：（1）控制機構(gòu)的位置和運動；）控制機構(gòu)的位置和運動；（2）緩沖及吸振；）緩沖及吸振；（3）儲存能量；）儲存能

3、量；（4）測量力和力矩）測量力和力矩 。15151 1 概述概述概述概述二、彈簧的類型二、彈簧的類型按彈簧承受的載荷分：按彈簧承受的載荷分：拉伸彈簧拉伸彈簧壓縮彈簧壓縮彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧彎曲彈簧彎曲彈簧按照彈簧的形狀分：按照彈簧的形狀分：螺旋彈簧是用彈簧絲卷繞制成的，由于制造螺旋彈簧是用彈簧絲卷繞制成的，由于制造簡便，所以應用最廣。在一般機械中，最常用的簡便，所以應用最廣。在一般機械中，最常用的是圓柱螺旋彈簧。是圓柱螺旋彈簧。 螺旋彈簧螺旋彈簧碟形彈簧碟形彈簧 板簧板簧盤簧盤簧環(huán)形彈簧環(huán)形彈簧概述概述圓柱形螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)圓柱形螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)圖示為螺旋壓圖示為螺旋壓縮彈簧和拉伸彈縮彈簧和拉伸彈

4、簧。壓簧在自由簧。壓簧在自由狀態(tài)下各圈間應狀態(tài)下各圈間應留有一定的余留留有一定的余留間隙間隙d d1。為使載。為使載荷沿彈簧軸線傳荷沿彈簧軸線傳遞，彈簧的兩端遞，彈簧的兩端各有各有3/45/4圈圈與鄰圈并緊，稱與鄰圈并緊，稱為死圈。死圈端為死圈。死圈端部必須磨平。部必須磨平。概述概述概述概述本章主要介紹圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧本章主要介紹圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧1 1、壓縮彈簧、壓縮彈簧 彈簧兩端的端面圈與彈簧兩端的端面圈與鄰圈并緊，不參與彈簧變鄰圈并緊，不參與彈簧變形，只起支承的作用，俗形，只起支承的作用，俗稱稱死圈死圈。一、圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)一、圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)152 圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制

5、造及材料圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造及材料2 2、拉伸彈簧、拉伸彈簧如圖，圓柱螺如圖，圓柱螺旋拉伸彈簧不受旋拉伸彈簧不受外力的自由狀態(tài)，外力的自由狀態(tài)，此時彈簧各圈應此時彈簧各圈應互相并攏。拉伸互相并攏。拉伸彈簧分無初拉力彈簧分無初拉力和有初拉力兩種。和有初拉力兩種。拉伸彈簧的拉伸彈簧的端部結(jié)構(gòu)形式端部結(jié)構(gòu)形式圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造及材料圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造及材料彈簧的卷制方法有冷卷法和熱卷法彈簧的卷制方法有冷卷法和熱卷法 二、圓柱螺旋彈簧的制造二、圓柱螺旋彈簧的制造 要求彈簧材料應具有高的彈性極限和疲勞極限，要求彈簧材料應具有高的彈性極限和疲勞極限，足夠的韌性和塑性，良好的熱處理性能。常用

6、的彈簧足夠的韌性和塑性，良好的熱處理性能。常用的彈簧材料有：碳素彈簧鋼（如材料有：碳素彈簧鋼（如60、75、65Mn等）、硅錳彈等）、硅錳彈簧鋼（如簧鋼（如60Si2MnA）、鉻釩彈簧鋼（如）、鉻釩彈簧鋼（如50Cr-VA）、）、不銹鋼（如不銹鋼（如1Cr18Ni9）及青銅（如）及青銅（如QBe2）等。）等。三、圓柱螺旋彈簧的材料及許用應力三、圓柱螺旋彈簧的材料及許用應力彈簧材料的許用應力與彈簧的受載循環(huán)次數(shù)有關彈簧材料的許用應力與彈簧的受載循環(huán)次數(shù)有關.1、彈簧的材料、彈簧的材料2、彈簧的許用應力、彈簧的許用應力圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造及材料圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造及材料一、彈簧特性線、彈簧

7、特性線(壓縮彈簧壓縮彈簧) 預緊力預緊力F1稱為彈簧的最稱為彈簧的最小載荷。小載荷。Fmax(F2)為彈簧所承為彈簧所承受的最大工作載荷，此時，受的最大工作載荷，此時，彈簧高度壓縮到彈簧高度壓縮到H2，相應變，相應變形為形為max，該時刻彈簧各圈之，該時刻彈簧各圈之間仍應保留間仍應保留1的間隙，稱為的間隙，稱為余隙。余隙。153 圓柱螺旋壓縮圓柱螺旋壓縮(拉伸拉伸)彈簧的設計計算彈簧的設計計算 F3為彈簧的極限載荷。為彈簧的極限載荷。彈簧的工作行程彈簧的工作行程2= max-1載荷載荷-變形特性線圖變形特性線圖彈簧特性線彈簧特性線表示彈簧載荷表示彈簧載荷與變形量之間的關系曲線與變形量之間的關系

8、曲線二、圓柱螺旋拉壓彈簧的強度計算二、圓柱螺旋拉壓彈簧的強度計算1、彈簧受力、彈簧受力當壓縮彈簧承受當壓縮彈簧承受軸向載荷軸向載荷F的作用時，的作用時，鋼絲剖面鋼絲剖面A-A上作用上作用著橫向力著橫向力F和扭矩和扭矩T，A-A剖面呈橢圓形，剖面呈橢圓形，現(xiàn)取垂直于鋼絲軸現(xiàn)取垂直于鋼絲軸線的剖面線的剖面B-B。圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設計計算圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設計計算 式中式中: :K K曲度系數(shù)曲度系數(shù)2、彈簧應力、彈簧應力 壓縮彈簧最大切應力壓縮彈簧最大切應力發(fā)生在發(fā)生在彈簧絲內(nèi)側(cè)彈簧絲內(nèi)側(cè),其其值為值為: 28maxCFKd CCCK615. 04414圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設計計

9、算圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設計計算 C C 彈簧指數(shù)（旋繞比）。彈簧指數(shù)（旋繞比）。2DCd 卷繞困難卷繞困難, ,且工作時彈簧內(nèi)側(cè)應力且工作時彈簧內(nèi)側(cè)應力 C彈簧不穩(wěn)定彈簧不穩(wěn)定, ,易顫動易顫動. .通常通常C=5C=51010彈簧絲直徑彈簧絲直徑d : 216.K FCd 1、彈簧的變形、彈簧的變形GdFCGdnFD3432882、彈簧剛度和圈數(shù)、彈簧剛度和圈數(shù) nCGdFk38233288GdGdnF CC k 三、彈簧的剛度計算三、彈簧的剛度計算圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設計計算圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設計計算 彈簧剛度彈簧剛度彈簧的有效圈數(shù)彈簧的有效圈數(shù) 彈簧的總?cè)?shù)彈簧的總?cè)?shù) 1

10、1 52 5( . . )nn圈圈3、彈簧的穩(wěn)定性驗算、彈簧的穩(wěn)定性驗算 壓縮彈簧的自由高度壓縮彈簧的自由高度H0與中徑與中徑D2之比稱為之比稱為高徑比高徑比，以以b表示表示,要求要求 02HbbD 圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設計計算圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設計計算 當彈簧兩端固定時，當彈簧兩端固定時，b=5.3；當彈簧一端固定，；當彈簧一端固定，另一端鉸支時，另一端鉸支時，b=3.7。對于壓縮彈簧：對于壓縮彈簧：21cosD nL 制造彈簧的彈簧絲展開長度：制造彈簧的彈簧絲展開長度：對于拉伸彈簧：對于拉伸彈簧：21cosD nLl 式中式中 為未加載時的螺旋升角，一般為未加載時的螺旋升角，一般

11、59 式中式中l(wèi)為拉伸彈簧掛鉤部分的展開長度。為拉伸彈簧掛鉤部分的展開長度。小結(jié)：小結(jié)： 強度計算用來決定彈簧絲的直徑強度計算用來決定彈簧絲的直徑d;d; 剛度計算用來決定彈簧有效工作圈數(shù)剛度計算用來決定彈簧有效工作圈數(shù)n;n; 結(jié)構(gòu)尺寸計算用來確定結(jié)構(gòu)尺寸及繪制結(jié)構(gòu)尺寸計算用來確定結(jié)構(gòu)尺寸及繪制制造圖紙；制造圖紙； 穩(wěn)定性驗算對壓縮彈簧以高徑比做穩(wěn)定穩(wěn)定性驗算對壓縮彈簧以高徑比做穩(wěn)定性驗算，若不滿足應調(diào)整結(jié)性驗算，若不滿足應調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)或設置導套構(gòu)參數(shù)或設置導套祝同學們 學習順利！思考題與習題思考題與習題 1 1 金屬彈簧按形狀和承受載荷的不同，有金屬彈簧按形狀和承受載荷的不同，有哪些主要類

12、型？哪種彈簧應用最廣？哪些主要類型？哪種彈簧應用最廣？ 2 2 對制造彈簧的材料有哪些主要要求？常對制造彈簧的材料有哪些主要要求？常用金屬材料有哪些？用金屬材料有哪些？ 3 3 什么是彈簧的特性曲線？彈簧的剛度是什么是彈簧的特性曲線？彈簧的剛度是如何定義的？如何定義的？ 4 4 對制造彈簧的材料有哪些主要要求？常對制造彈簧的材料有哪些主要要求？常用金屬材料有哪些？用金屬材料有哪些？ 5.5.已知圓柱螺旋壓縮彈簧中徑已知圓柱螺旋壓縮彈簧中徑D D2 2=16mm=16mm，彈，彈簧絲直徑簧絲直徑d d3mm3mm，材料為碳素彈簧鋼絲，材料為碳素彈簧鋼絲C C級級,類彈簧，承受靜載荷，彈簧工作圈數(shù)類彈簧，承受靜載荷，彈簧工作圈數(shù)n n4 4，支，支承端部并緊磨平。承端部并緊磨平。試計算：試計算：1)1)彈簧所能承受的最大載荷彈簧所能承受的最大載荷FmaxFmax及最大載荷下及最大載荷下的變形量的變形量maxmax2)2)彈簧節(jié)距彈簧節(jié)距t t，自由高度，