機械設(shè)計基礎(chǔ)第五版第十八章

第十八章彈簧18-1彈簧的功用及類型一、功用：1、控制機構(gòu)的運動或零件的位置。2、緩沖及吸振。3、儲存能量。4、測量力的大小。二、種類：螺旋彈簧環(huán)形彈簧碟形彈簧平面渦卷彈簧（盤簧）板彈簧1、螺旋彈簧：制造簡單，應(yīng)用廣泛。2、環(huán)形彈簧：具有很高的緩沖、吸振能力，多用于重型機械。3、碟形彈簧：同上4、平面渦卷彈簧（盤簧）：軸向尺寸小，常作儀器、儀表的儲能裝置。5、板彈簧：主要作各種車輛的減振裝置。18-2圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧

的應(yīng)力與變形一、彈簧的應(yīng)力：

以圓柱螺旋壓縮彈簧為例進行分析。FFF作用在彈簧軸線上，螺旋升角很?。ǎ┛烧J為通過軸線的截面——彈簧絲的法截面一、彈簧的應(yīng)力：在法截面上作用有：剪力F、扭矩TFTT在截面上產(chǎn)生的最大扭切應(yīng)力：WT—彈簧絲抗扭截面系數(shù)d——彈簧絲截面直徑FT剪力引起的切應(yīng)力（切應(yīng)力均勻分布）：彈簧絲截面上的最大切應(yīng)力（發(fā)生在靠近軸線一側(cè)）：C—旋繞比（彈簧指數(shù)）彈簧絲截面上的最大切應(yīng)力及強度條件：（考慮彈簧絲的升角、曲率對應(yīng)力的影響）二、彈簧的變形：在軸向載荷的作用下，彈簧產(chǎn)生軸向變形λ截取微段ds，受扭矩T后，兩端截面相對扭轉(zhuǎn)dφ角，半徑OC2相對于OC1扭轉(zhuǎn)dφ角，使彈簧產(chǎn)生相應(yīng)的軸向變形dλ，F(xiàn)λD2TTOC2C1dλO'D2/2dsdφFλD2TTOC2C1dλO'D2/2dsdφ二、彈簧的變形：G—彈簧材料的切變模量IP—截面的極慣性矩二、彈簧的變形：n—彈簧的有效圈數(shù)彈簧剛度k：分析：其它條件相同，Ck，CkC值過小，彈簧卷繞困難，C值過大，彈簧易顫動。常用C=5~818-3彈簧的制造、材料和許用應(yīng)力一、制造：卷繞、兩端面加工（壓簧）或掛鉤的制作（拉簧、扭簧）、熱處理和工藝性試驗等。1、卷繞：方法冷卷（）：用冷拉的碳素彈簧鋼絲在常溫下卷成。熱卷：卷成后須經(jīng)過淬火和回火處理2、強壓處理：將彈簧預(yù)先壓縮到超過材料的屈服極限，并保持一定時間后卸載，使彈簧絲表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力（與工作應(yīng)力方向相反），受載時可抵消部分工作應(yīng)力。*強壓處理，可提高彈簧的承載能力。*經(jīng)強壓處理后的彈簧，不宜在高溫、變載荷、有腐蝕性介質(zhì)的條件下應(yīng)用。（殘余應(yīng)力不穩(wěn)定）二、彈簧的材料：1、碳素彈簧鋼：65、70、85價廉易得，熱處理后具有很高的強度、合適的韌性、塑性。只適用于小尺寸的彈簧（因d>12mm，不易淬透）2、合金彈簧鋼：60Si2Mn、4Cr13、50CrVA只適用于承受變載荷、沖擊載荷或工作溫度較高的彈簧。3、有色金屬合金：QSi3-1、QSn4-3適用于在潮濕、酸性或其它腐蝕性介質(zhì)中工作的彈簧。三、彈簧的許用應(yīng)力：彈簧按載荷的性質(zhì)分為三類。三、彈簧的許用應(yīng)力：Ⅰ類：受變載荷作用次數(shù)在106次以上，或很重要彈簧。Ⅱ類：受變載荷作用次數(shù)在103~105次，受沖擊載荷或靜載荷的重要彈簧。Ⅲ類：受變載荷作用次數(shù)在103次以下的彈簧各類彈簧的許用應(yīng)力見表18-118-4圓柱螺旋拉伸、壓縮彈簧的設(shè)計一、結(jié)構(gòu)尺寸和特性曲線：1、壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸：δ各圈間均留有間距δ，以備受載時變形。彈簧兩端各有圈并緊（支承圈或死圈）有支承圈的彈簧總?cè)?shù)：1、壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸：（1）節(jié)距t：t=d+δ（2）間距δ：（3）螺旋升角：（4）彈簧絲展開長度：（5）自由高度H0：兩端并緊不磨平：兩端并緊磨平：（6）彈簧高徑比b：為保證壓縮彈簧的穩(wěn)定性，b不能超過許用值，否則產(chǎn)生側(cè)彎現(xiàn)象。兩端固定彈簧：b<5.3一端固定另一端鉸支彈簧：b<3.7

為避免彈簧失穩(wěn)，應(yīng)加導(dǎo)向桿或?qū)蛱住?、壓縮彈簧的特性曲線：F1Fλλ1H1F2λ2H2FlimλlimHlimH0F1—最小工作載荷F2—最大工作載荷Flim—極限載荷