機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧課件

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧課件機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧課件 14.1 彈簧的功用、類(lèi)型和材料 彈簧是機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的一種彈性元件。它是利用材料的彈性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)變形提供彈性力和儲(chǔ)存能量來(lái)進(jìn)行工作的。與多數(shù)零件不同，對(duì)彈簧的主要要求是彈性好，能多次重復(fù)地隨外載荷的大小作相應(yīng)的彈性變形，卸載后又能立即恢復(fù)原狀。 癟囊?guī)谜钨F乃昂叫芥旋朱檄美殊稻郭乏匙畜顏甚腑巴慈屏拓遷指材槽潭絕機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 14.1 彈簧的功用、類(lèi)型和材料癟囊?guī)谜钨F乃昂叫芥旋朱 彈簧的種類(lèi)很多，按其形狀的不同可分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、碟形彈簧、平面渦卷彈簧和板彈簧等。 14.1.2 彈簧的類(lèi)型 14.1.1

2、 彈簧的功用 彈簧的主要功用有： 控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)或零件的位置，例如離合器、凸輪機(jī)構(gòu)、閥門(mén)及調(diào)速器中的彈簧；緩沖及吸振，例如汽車(chē)、火車(chē)車(chē)廂下的減振彈簧，各種緩沖器中的彈簧； 儲(chǔ)存能量作為動(dòng)力源，例如機(jī)械鐘表、儀器、玩具等使用的發(fā)條，槍栓彈簧； 測(cè)量力和力矩，例如彈簧秤、測(cè)力器中的彈簧等。燒胡風(fēng)頌愿濺沁礎(chǔ)阜惦戚精愁納汛訝藕錳赴疙苫死枉善亥牢持君腑頤構(gòu)攝機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 彈簧的種類(lèi)很多，按其形狀的不同可分為螺旋彈簧、環(huán)形1. 螺旋彈簧 螺旋彈簧是用金屬絲按螺旋線(xiàn)卷繞而成的。按照所能承受載荷的不同，分為拉伸彈簧 如圖14.1(a)所示、壓縮彈簧如圖14.1(b)、(c)、(d)

3、所示、扭轉(zhuǎn)彈簧如圖14.1(e)所示等。按照軸向形狀的不同，可分為圓柱形彈簧如圖14.1(a)、(b)、(c)、(e)所示、圓錐形彈簧如圖14.1(d)所示等。圓柱形彈簧因其受力與變形成正比，便于生產(chǎn)，故應(yīng)用最廣；圓錐形彈簧具有防共振的能力，穩(wěn)定性好，多用于承受較大的載荷和減振。按照金屬絲橫截面形狀的不同，分為圓形截面彈簧如圖14.1(a)、(b)、(d)、(e)所示和矩形截面彈簧如圖14.1(c)所示等。在所占空間相同時(shí)，后者能吸收的能量多。(a) 圓柱形拉伸彈簧 (b) 圓截面圓柱形壓縮彈簧 (c) 矩形截面圓柱形壓縮彈簧 勵(lì)睦哆膝翱導(dǎo)癥堪帆逢狹鍵有憨揀悄牲皂讕官郝麻哩俺吳番綢鴛扔吝棱捅機(jī)

4、械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧1. 螺旋彈簧(a) 圓柱形拉伸彈簧 (b) 圓截面圓柱形 (d) 圓錐形壓縮彈簧 (e) 扭轉(zhuǎn)彈簧圖14.1 螺旋彈簧(a) 環(huán)形彈簧 (b) 碟形彈簧 (c) 平面渦卷彈簧 (d) 板彈簧 圖14.2 非螺旋彈簧2. 環(huán)形彈簧和碟形彈簧 環(huán)形彈簧如圖14.2(a)所示和碟形彈簧如圖14.2(b)所示都是壓縮彈簧，在工作過(guò)程中，其一部分能量消耗在各圈之間的摩擦上，因此具有很強(qiáng)的緩沖吸振能力，多用于重型機(jī)械的緩沖裝置。丸漱癡悟幼納誘蓬忙節(jié)仕魂柴格又氛燃斑粒闖湛剮轎伐鬃妨井募買(mǎi)斬錦捉機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 (d) 圓錐形壓縮彈簧 (e) 扭

5、轉(zhuǎn)彈簧圖14.1 螺3. 平面渦卷彈簧 這種彈簧又稱(chēng)盤(pán)簧如圖14.2(c)所示，其軸向尺寸很小，常用做儀表和鐘表的儲(chǔ)能裝置。4. 板彈簧 板彈簧如圖14.2(d)所示是由許多長(zhǎng)度不同的鋼板疊合而成，主要用做各種車(chē)輛的減振裝置。 按制作彈簧材料的不同，彈簧還可分為金屬?gòu)椈珊头墙饘購(gòu)椈伞Ｉ鲜鰪椈啥际墙饘購(gòu)椈?，而彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器中的彈性套是用橡膠制成的彈簧，圖14.3所示為單囊式空氣彈簧。下面僅介紹廣泛使用的金屬?gòu)椈刹牧稀D14.3 單囊式空氣彈簧 窺匈朋刻汁死戈林拾夜匡吠襄氛瞅眩進(jìn)茨首墨搞慷鹵赤濫撇變趙溫徐孫卡機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧3. 平面渦卷彈簧4. 板彈簧圖14.3 單囊式

6、空氣彈簧 14.1.3 常用的彈簧材料及許用應(yīng)力1. 彈簧的材料 工作性質(zhì)和條件對(duì)彈簧材料的要求是多方面的。為保證彈簧的變形始終在彈性范圍內(nèi), 彈簧材料必須具有較高的彈性極限；對(duì)于經(jīng)常承受交變或沖擊載荷的彈簧，其材料還應(yīng)具有較高的疲勞極限和足夠的韌性；為了便于彈簧的制造，材料還要具有良好的塑性和熱處理性能等。彈簧的常用材料有碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼和有色金屬合金等。選擇彈簧材料時(shí)，應(yīng)充分考慮彈簧的工作條件、功用、重要性和經(jīng)濟(jì)條件等因素。 碳素彈簧鋼,如65、70、85鋼等，其價(jià)格便宜，供應(yīng)充足，熱處理后具有較高的強(qiáng)度、 適宜的韌性和塑性，故應(yīng)用最廣。但它的彈性極限低，多次重復(fù)變形后易失去彈性，不

7、適合在高于120的溫度下工作；彈簧鋼絲直徑大于12mm時(shí)，不易淬透，只適用于制造小尺寸的彈簧。 惠綴失冤淑編聾百裳碘殲棕爸染毋僚季枕縫傲巒嘔爍措降棟酸污拭華侖踐機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 14.1.3 常用的彈簧材料及許用應(yīng)力1. 彈簧的材料2. 許用應(yīng)力 彈簧絲常用材料的許用應(yīng)力、特點(diǎn)及應(yīng)用列于表14-1。許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)有關(guān)，作用次數(shù)在 次以上的變載荷屬于類(lèi)載荷，如內(nèi)燃機(jī)閥門(mén)彈簧、電磁閘瓦制動(dòng)器彈簧受到 的載荷；作用次數(shù)在 次的變載荷以及沖擊載荷屬于類(lèi)載荷，如調(diào)速器彈簧、一般車(chē)輛彈簧受到的載荷；作用次數(shù)在 次以下的變載荷(即基本為靜載荷)屬于類(lèi)載荷，如一般溢流閥彈簧、摩托車(chē)

8、摩擦式安全離合器彈簧等受到的載荷。碳素彈簧鋼絲的許用應(yīng)力還與其抗拉強(qiáng)度極限有關(guān)，其抗拉強(qiáng)度極限見(jiàn)表14-2。按用于制作低應(yīng)力、中等應(yīng)力和高應(yīng)力三種彈簧的情況，應(yīng)分別選用B、C和D三個(gè)等級(jí)的碳素彈簧鋼絲。 合金彈簧鋼，如硅錳鋼和鉻釩鋼等，用于制作承受變載荷、沖擊載荷或工作溫度較高的彈簧。 有色金屬合金，如硅青銅、錫青銅和鈹青銅等，用于制作在潮濕、酸性或其他腐蝕性介質(zhì)中工作的彈簧。睫粳安鯉碾桂點(diǎn)甄罵鐘乒溯啪俄嚙芋地鄭育偉芯術(shù)饅銘酪受申喀咒傾辟假機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧2. 許用應(yīng)力合金彈簧鋼，如硅錳鋼和鉻釩鋼等，用于制作承受變表14-1 螺旋彈簧的常用材料和許用應(yīng)力勇擻枉姨察透入粉

9、寫(xiě)傀漢姑鉻脖困檔抓藹果趕什秋箔擄披宇縛聚蠢揀亦昌機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧表14-1 螺旋彈簧的常用材料和許用應(yīng)力勇擻枉姨察透入粉寫(xiě) 表14-2 碳素彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度極限 (MPa) 在一般機(jī)械中，常用的是用圓截面金屬絲繞成的圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧。本章只討論這種彈簧的結(jié)構(gòu)、制造與設(shè)計(jì)。恃赫熄狂尊澗飼績(jī)劉傷督斑伺尊陜升地隊(duì)郁克皮丫綴浙案歷辟忻呢移誠(chéng)篙機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 表14-2 碳素彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度極限 14.2 圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧的結(jié)構(gòu)和制造 14.2.1 圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧的結(jié)構(gòu)1. 圓柱螺旋壓縮彈簧如圖14.4所示，直徑為d的彈簧絲

10、，沿中徑D旋繞，旋向?yàn)橛倚?一般應(yīng)采用右旋), 螺旋升角 ；在自由狀態(tài)下，高度為 ，節(jié)距為t，各圈之間有適當(dāng)?shù)拈g距 ，以便彈簧受壓時(shí)有足夠的變形空間，即在最大載荷作用下，各圈之間仍保留一定的間距 ，一般推薦 mm。 彈簧的端部結(jié)構(gòu)如圖14.5所示，其中YI型和Y型彈簧兩端各有0.751.75圈并緊圈，不參與變形，起支承作用，稱(chēng)為支承圈。彈簧能參與變形的圈數(shù)稱(chēng)為有效圈數(shù)。在重要的場(chǎng)合下，應(yīng)采用兩端圈并緊并磨平的YI型端部結(jié)構(gòu)，以保證彈簧軸線(xiàn)與支承面垂直，從而使彈簧受壓時(shí)不致于歪斜。磨平部分應(yīng)不少于彈簧圓周長(zhǎng)度的3/4,末端厚度約為d/4，一般端面的表面粗糙度值 m。毫齋龜剛某迎冕飼祿遺蔗鐘塢盎包

11、晶巡草筋賂癟溜提宇運(yùn)偵阮酥科剿西旁機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 14.2 圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧的結(jié)構(gòu)和制造 14 彈簧的總?cè)?shù) 等于有效圈數(shù)n與支承圈數(shù) 之和，即 為了使彈簧具有穩(wěn)定的工作性能，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使彈簧的有效圈數(shù)n2，支撐圈的圈數(shù) 一般取1.5，2, 2.5，推薦總?cè)?shù)為0.5的倍數(shù)。 圖14.4 壓縮彈簧 (a) YI型 (b) Y型 (c) Y型圖14.5 壓縮彈簧的端部結(jié)構(gòu)秧技趣曹雄姜韓些圓局閉隆瞇郭芒鉚剪蚌矩隔烤住淪技欠胖汽幕窘蝎汐淀機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 彈簧的總?cè)?shù) 等于有效圈數(shù)n與支承圈數(shù)2. 圓柱螺旋拉伸彈簧 其螺旋結(jié)構(gòu)與圓柱螺旋壓縮彈簧

12、的基本相同，不同的是：在自由狀態(tài)下，圓柱螺旋拉伸彈簧各圈相互并攏，即間距等于零。這類(lèi)彈簧可分為無(wú)預(yù)應(yīng)力和有預(yù)應(yīng)力兩種，前者的各圈雖然并緊，且相互間沒(méi)有壓緊力，故在自由狀態(tài)下彈簧絲中沒(méi)有預(yù)應(yīng)力；而后者是在卷繞成形時(shí)，使彈簧絲繞其自身軸線(xiàn)扭轉(zhuǎn)，制成彈簧的各圈之間具有一定壓緊力，故在自由狀態(tài)下彈簧絲中存在著一定的預(yù)應(yīng)力。有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧主要用在要求彈簧軸向尺寸較小的場(chǎng)合。 為了便于安裝和加載，圓柱螺旋拉伸彈簧端部制有掛鉤(如圖14.6所示)。LI、LIII型掛鉤如圖14.6(a)、(b)所示制造方便，應(yīng)用很廣，但加載時(shí)在掛鉤根部的過(guò)渡圓角處會(huì)產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，所以只適用于簧絲直徑 mm的彈簧。L

13、VII、LVIII型掛鉤如圖14.6(c)、(d)所示是另外裝上去的活動(dòng)鉤，所以沒(méi)有上述缺點(diǎn)，而且掛鉤可以繞彈簧軸線(xiàn)轉(zhuǎn)到任意方向，便于安裝。LVII型掛鉤伸出的長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)還可調(diào)，故在受力較大的場(chǎng)合，最好采用LVII型掛鉤,但其價(jià)格較貴。對(duì)于LI、LIII型拉伸彈簧，總?cè)?shù)等于有效圈數(shù)，即 = n。檔蚊傣嘆姿蜂撲鵬氟靖明敲懼膿溪郴棟腋樣糞諾千想迢西診熙醬汕茁?lián)i機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧2. 圓柱螺旋拉伸彈簧 為了便于安裝和加載，圓柱 (a) LI型 (b) LIII型 (c) LVII型(d) LVIII型 圖14.6 拉伸彈簧的端部結(jié)構(gòu) 14.2.2 圓柱螺旋彈簧的制造

14、圓柱螺旋彈簧的制造過(guò)程包括卷制、端面加工或掛鉤的制作、熱處理及工藝性試驗(yàn)等環(huán)節(jié)。曠牌腔卜吾談叫親避簡(jiǎn)豆暮堰惹豬儉算唆菇轎裔缽定噎亞芥竭汰競(jìng)砌瘦機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 (a) LI型 (b) LIII型 (c) LVII型( 螺旋彈簧在大量生產(chǎn)時(shí)，卷制工作在自動(dòng)卷簧機(jī)上進(jìn)行；單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，則常在臥式車(chē)床或手工旋繞器上把彈簧絲卷繞在芯棒上成形。卷制分冷卷和熱卷兩種。當(dāng)簧絲直徑小，通常在8mm10mm以下時(shí)，或彈簧直徑較大易于卷繞時(shí)，一般采用冷卷法；冷卷的彈簧多用經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的冷拉碳素彈簧鋼絲。如果簧絲直徑大于8mm，或簧絲直徑雖然較小，但彈簧直徑也較小，或鋼絲太硬，則需采

15、用熱卷法。熱卷時(shí)的溫度隨簧絲的粗細(xì)在8001000的范圍內(nèi)選擇。不論采用冷卷或熱卷，卷制后均應(yīng)視其具體情況對(duì)彈簧的節(jié)距作必要的調(diào)整。 對(duì)于重要的壓縮彈簧，應(yīng)在專(zhuān)用磨床上磨平端面；對(duì)于拉伸彈簧，兩端應(yīng)制出掛鉤。 冷卷后的彈簧不再淬火，可經(jīng)過(guò)低溫回火消除內(nèi)應(yīng)力；熱卷后的彈簧則必須經(jīng)過(guò)淬火和回火處理。匡棲銹藉活拔匪寸賢怯輪濘滓獰腿寫(xiě)揩死畝輯糙裂識(shí)征俄床茶渺輝珊訪(fǎng)膀機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 螺旋彈簧在大量生產(chǎn)時(shí)，卷制工作在自動(dòng)卷簧機(jī)上進(jìn)行；單 彈簧制作完成后，要根據(jù)技術(shù)條件的規(guī)定，進(jìn)行精度、沖擊、疲勞等試驗(yàn)，以檢驗(yàn)彈簧是否符合技術(shù)要求。彈簧的疲勞強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度在很大程度上取決于彈簧的

16、表面狀態(tài),所以彈簧的表面必須光潔，沒(méi)有裂紋和傷痕等缺陷，脫碳層深度應(yīng)符合技術(shù)條件的規(guī)定。 14.3 圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧的設(shè)計(jì) 14.3.1 彈簧的特性曲線(xiàn) 工作在彈性變形范圍內(nèi)的彈簧，承受軸向載荷后將發(fā)生彈性變形。如圖14.7所示，圓 柱螺旋壓縮彈簧受載荷作用而產(chǎn)生壓縮變形。若取縱坐標(biāo)表示彈簧承受的載荷，橫坐標(biāo)表示彈簧的彈性變形，可得到彈簧的載荷變形曲線(xiàn)，這樣的曲線(xiàn)稱(chēng)為彈簧的特性曲線(xiàn)。半敞舞怪端埋丹捐蓉霄架弟若秉釬這戎捏雕肚竊擺卉使膚守譬潑商麥坦撰機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 彈簧制作完成后，要根據(jù)技術(shù)條件的規(guī)定，進(jìn)行精為了使彈簧穩(wěn)定地處于工作位置上，通常預(yù)加一個(gè)最小工作載荷

17、 ，這時(shí)彈簧的變形量為 ，長(zhǎng)度為 。當(dāng)彈簧受到最大工作載荷F2作用時(shí)，變形量為 ,長(zhǎng)度為 。最大工作載荷下的變形量 與最小工作載荷 下的變形量之差，稱(chēng)為彈簧的工作行程，用h表示，即 (14.1) 使彈簧絲的應(yīng)力達(dá)到材料彈性極限時(shí)的載荷 稱(chēng)為極限載荷。在其作用下，彈簧的變形量為 ，長(zhǎng)度為 。 通常取彈簧的最小工作載荷F=(0.10.5) F2 。最大工作載荷F2由彈簧在機(jī)構(gòu)中的工作條件決定，但不應(yīng)達(dá)到極限載荷 ，一般取F20.8 。在彈性極限范圍內(nèi)，對(duì)于節(jié)距相等的圓柱螺旋彈簧，其載荷與變形基本成線(xiàn)性關(guān)系，即認(rèn)為(14.2)蔫怪奈社僚借扔燼鴿鑲柯狄愛(ài)罐炕司砌匆開(kāi)豌輥恫塢為低束沒(méi)童攝頗裹景機(jī)械設(shè)計(jì)基

18、礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧為了使彈簧穩(wěn)定地處于工作位置上，通常預(yù)加一個(gè)最小工作載荷 圖14.7 圓柱壓縮彈簧的特性曲線(xiàn) 式中，k稱(chēng)為彈簧的剛度，是表示彈簧特性的主要參數(shù)之一。剛度越大，彈簧產(chǎn)生單位變形所需要的力越大，因此彈簧的彈力也越大。 受載和變形的關(guān)系，對(duì)于圓柱螺旋拉伸彈簧和圓柱螺旋壓縮彈簧都是一樣的，不同的只是一個(gè)受拉力作用，產(chǎn)生拉伸變形，另一個(gè)受壓力作用，產(chǎn)生壓縮變形，故不再對(duì)圓柱螺旋拉伸彈簧進(jìn)行受力分析。圖14.8所示是圓柱螺旋拉伸彈簧的受載與變形、無(wú)預(yù)應(yīng)力的特性曲線(xiàn)、有預(yù)應(yīng)力的特性曲線(xiàn)。對(duì)于有預(yù)應(yīng)力的圓柱螺旋拉伸彈簧，受載時(shí)先要抵消卷制時(shí)在各圈之間產(chǎn)生的預(yù)壓力F0，然后才開(kāi)始變

19、形。刷搞另乾缽攣根蔚楷坯辱鴉耳俞怕潞毗面鉛示佑儀迅這樟撰潦砒拂磐增氫機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧圖14.7 圓柱壓縮彈簧的特性曲線(xiàn) 式中，k稱(chēng)為彈簧的剛度因此，在確定彈簧的最小工作載荷時(shí),應(yīng)使 ，并以 和 分別代替式(14.2)中的 和 計(jì)算彈簧的剛度。 彈簧特性曲線(xiàn)應(yīng)繪在彈簧的零件工作圖中，作為檢驗(yàn)和試驗(yàn)的依據(jù)之一。在設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，利用特性曲線(xiàn)分析載荷與變形的關(guān)系也比較方便。但是，一般彈簧的特性曲線(xiàn)并非直線(xiàn)，如圓錐彈簧如圖14.l(d)所示和變節(jié)距(t常數(shù))彈簧；圓柱螺旋彈簧的特性曲線(xiàn)只是近似的直線(xiàn)，矩形截面彈簧的特性曲線(xiàn)近似直線(xiàn)的程度比圓形截面彈簧的還好。 圖14.8 圓柱拉伸彈

20、簧的特性曲線(xiàn)炔沾攏瓤碌暴尤瞞俺統(tǒng)糾蝎琳凄懦魁直休兼棍襪實(shí)浪辮論洛杜膠絹熙滿(mǎn)瞎機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧因此，在確定彈簧的最小工作載荷時(shí),應(yīng)使 ，并以 和 14.3.2 應(yīng)力、變形和穩(wěn)定性計(jì)算 下面討論的是在類(lèi)載荷 (靜載荷) 作用下彈簧的應(yīng)力、變形和穩(wěn)定性計(jì)算。 1. 應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力計(jì)算的目的是確定簧絲的直徑。圖14.9(a)所示是被截去下部的壓縮彈簧，截面通過(guò)彈簧的軸線(xiàn)。彈簧在最大工作載荷F2作用下，該截面上作用著剪力F2和扭矩 。 由于彈簧的螺旋升角 很小(通常在59范圍內(nèi))，為簡(jiǎn)化計(jì)算，把該截面作為彈簧絲的法截面，即截面積為圓面積；同時(shí)考慮到剪力引起的應(yīng)力遠(yuǎn)比扭矩引起的應(yīng)力小

21、，亦將其略去。由材料力學(xué)可知，彈簧絲截面上的最大應(yīng)力為薛典褥嗆諸鑼壽烴攆扶娃兄延幌至麻悠苛嬌哆俺俠贊氰撮窟昔挪拐纓莫稼機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 14.3.2 應(yīng)力、變形和穩(wěn)定性計(jì)算1. 應(yīng)力計(jì)算薛典 精確的分析應(yīng)該計(jì)入彈簧絲升角和曲率的影響，此時(shí)彈簧絲截面上應(yīng)力分布如圖14.9(b)所示，在其內(nèi)側(cè) 點(diǎn)處有最大值。為補(bǔ)償上述簡(jiǎn)化計(jì)算帶來(lái)的誤差,引入曲度系數(shù)K，且令，C稱(chēng)為旋繞比，則彈簧絲的強(qiáng)度條件為(14.3) (a) 截面受力 (b) 截面應(yīng)力圖14.9 彈簧絲的應(yīng)力分析于是彈簧絲直徑(14.4)踞蝦嘎什捎右彝剎找敬蛛啊掖撮簍調(diào)穎侄銥盆炒暗住艱遭怠桐手孰愧乎橢機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈

22、簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧 精確的分析應(yīng)該計(jì)入彈簧絲升角和曲率的影響，此時(shí)彈簧絲式中：彈簧材料的許用應(yīng)力(MPa)；其余各參數(shù)的量綱：F2(N)、D、d(mm)、 (MPa)。曲度系數(shù)K為(14.5) 式(14.3)、式(14.4)也適用于拉伸彈簧的計(jì)算。2.變形計(jì)算變形計(jì)算的目的是確定彈簧的有效圈數(shù)，即工作圈數(shù)。由材料力學(xué)可知，有效圈數(shù)為n的壓縮彈簧在載荷F的作用下，其軸向變形量為(14.6)于是彈簧圈數(shù)(14.7) 奎攝娜稼鬃寸享膀恿詣?wù)p鈉僻砸某率校舉合狙艾遵像嫌傣秉裙巷藩腋頌機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧式中：彈簧材料的許用應(yīng)力(MPa)；曲度系數(shù)K為(式中： 彈簧變形量(mm)

23、； 彈簧材料的切變模量(MPa)，鋼： 青銅：G=8104 MPa G=4104 MPa 式(14.5)、式(14.6)適用于壓縮彈簧和無(wú)預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧。對(duì)于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧，應(yīng)以 代替式中的F。 旋繞比和彈簧剛度是彈簧設(shè)計(jì)中的兩個(gè)重要參數(shù)。由式(14.7)可知，彈簧剛度(14.8) 可見(jiàn)，旋繞比C對(duì)彈簧剛度k影響很大。在彈簧絲直徑d和其他條件相同的情況下，C值越小，k越大，彈簧越硬，卷制就越困難，因此C值不宜取得過(guò)小；反之，C值也不可取得過(guò)大，否則彈簧剛度過(guò)小，工作時(shí)易顫動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)，一般取C=510。不同彈簧絲直徑推薦用的旋繞比見(jiàn)表14-3。傣豪作眉趁可處洶茹號(hào)蕾緞性褂蠟澀姓皚傷翌鱉朽淺

24、靛弊卯準(zhǔn)殘烷氖望淫機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧式中： 彈簧變形量(mm)；G=8104 MPa G=G、d、C、n對(duì)彈簧剛度都有影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮這些因素。表14-3 旋繞比的薦用值彈簧絲直徑d(mm)0.20.40.51.01.12.22.567.01618旋繞比C7145125104948463.壓縮彈簧的穩(wěn)定性計(jì)算 對(duì)于圓柱螺旋壓縮彈簧，當(dāng)高度較大、彈簧直徑較小時(shí)，受力后容易失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生較大的側(cè)向彎曲如圖14.10(a)所示，使得彈簧不能正常工作。將彈簧的自由高度 與中徑D的比值稱(chēng)為高徑比b，即 。為了保證壓縮彈簧的穩(wěn)定性，應(yīng)校核其高徑比：當(dāng)彈簧兩端為固定端如圖14.

25、11(a)所示時(shí)，取 ；當(dāng)彈簧一端為固定端，另一端為自由轉(zhuǎn)動(dòng)端如14.11(b)所示時(shí)，取 ；當(dāng)彈簧兩端均為自由轉(zhuǎn)動(dòng)端時(shí)，取 。如果不滿(mǎn)足上述條件，應(yīng)重新選取參數(shù)計(jì)算，也可通過(guò)加裝導(dǎo)桿或?qū)讈?lái)提高彈簧的穩(wěn)定性如圖14.10(b)、(c)所示。禿戎卞織閹階銜咱姥娘飾笛男今漲暢煮站親私壤灰滯坦陰貝隴桓氮燦揩股機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧G、d、C、n對(duì)彈簧剛度都有影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮這些因素。側(cè)向彎曲 (b) 加裝導(dǎo)桿(c) 加裝到套 (a) 固定端 (b) 自由轉(zhuǎn)動(dòng)端 圖14.10 壓縮彈簧的穩(wěn)定性 圖14.11 壓縮彈簧的支撐 14.3.3 彈簧的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 彈簧的幾

26、何尺寸如圖14.7和圖14.8所示，主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算公式列于表14-4 中，部分參數(shù)及幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn)系列值見(jiàn)表14-5，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選取標(biāo)準(zhǔn)值。靖撒炮憋汛咕汾牛惜?？羯鬏p肺漠韻打峰翼譚頁(yè)靖消慘皮途創(chuàng)蔡肉撿獵結(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧側(cè)向彎曲 (b) 加裝導(dǎo)桿(c) 加裝到套 (a) 固定端表14-4 圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算繪縛另餌捐恫吶帝賒脹鐳曠袖窗鳥(niǎo)芯裔枝五蟲(chóng)議至彬斬漆龜銳燴揪你獺灤機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧表14-4 圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算繪縛另餌捐表14-5 圓柱螺旋彈簧的尺寸系列值注：本表摘自GB/T 13581993。竹

27、鹼璃陰瞥熔喪淫蕭瓊桑刷欄淌概彬際坎篇舷鋅干恨簿倫皂擂喻督斂舊吮機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14彈簧表14-5 圓柱螺旋彈簧的尺寸系列值注：本表摘自GB/T 14.3.4 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)彈簧時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的要求是：有足夠的強(qiáng)度，符合載荷變形特性曲線(xiàn)的要求，壓簧不側(cè)彎等。通常的已知條件為：彈簧所承受的最大工作載荷F2和相應(yīng)的變形量 ，以及空間尺寸的限制、工作溫度要求等。 設(shè)計(jì)彈簧主要應(yīng)解決的問(wèn)題是：根據(jù)工作條件選擇合適的材料及結(jié)構(gòu)形式；確定彈簧絲的直徑d和彈簧的主要幾何尺寸；計(jì)算彈簧的剛度k、有效圈數(shù)n和總?cè)?shù) ；計(jì)算彈簧的變形量；對(duì)于壓縮彈簧，還需檢驗(yàn)其穩(wěn)定性；繪制零件工作圖。 對(duì)于碳素鋼彈簧，許用應(yīng)力 還與彈簧絲直徑d有關(guān)，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要用試算法確定彈簧絲直徑。通常是先估取彈簧絲的直徑d，確定 ，然后由式(14.4)試算彈簧絲的直徑 ，若d等于或略大于 ，則d就可作為彈簧絲的直徑；否則應(yīng)重新取D和d。具體設(shè)計(jì)見(jiàn)例14.1