彈性元件 哈工大

例題:設(shè)計(jì)開傘器中的力彈簧已知條件(1)釋放力F釋=27公斤=264.6N(2)沖程S=70mm(3)從壓縮的最大位置到開始沖出，行程4.3mm(對應(yīng)時(shí)控機(jī)構(gòu)彈簧的行程)(4)預(yù)緊力F0=0.22F釋(5)套管內(nèi)徑19mm，選用二根彈簧，力的分配比：3:1設(shè)計(jì)內(nèi)外彈簧(求參數(shù)，畫特性曲線圖)SF自由狀態(tài)預(yù)緊狀態(tài)釋放狀態(tài)工作狀態(tài)（時(shí)控）S預(yù)沖程4.3F預(yù)F釋Fmax步驟片彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算一.概況金屬薄片制成的、直的或其它形狀的彈性元件形成結(jié)構(gòu)型式單端固定雙端固定類型直片簧曲片簧無預(yù)緊力有預(yù)緊力s等剛度變剛度等截面變截面二.片彈簧設(shè)計(jì)內(nèi)容材料選擇幾何尺寸設(shè)計(jì)要求：靈敏度高、高彈性、恒彈性、彈性后效小、彈性滯后小、強(qiáng)度高、承載大、耐腐蝕、常用材料：彈簧鋼：強(qiáng)度高，承載大錫青銅：靈敏度高，耐腐蝕鈹青銅：彈性好，強(qiáng)度高，價(jià)格高石英：彈性好，彈性滯后和彈性后效小材料選擇幾何尺寸設(shè)計(jì)與計(jì)算前提條件：直片簧、等剛度、單端固定（懸臂梁）等截面變截面無預(yù)緊力有預(yù)緊力只考慮：xss1.無預(yù)緊力、等截面片彈簧設(shè)計(jì)①特性②強(qiáng)度計(jì)算③幾何尺寸設(shè)計(jì)Fmax、smax已知L---根據(jù)結(jié)構(gòu)確定2.無預(yù)緊力、變截面片彈簧分析及設(shè)計(jì)①特性②強(qiáng)度計(jì)算③幾何尺寸設(shè)計(jì)②強(qiáng)度計(jì)算②強(qiáng)度計(jì)算等截面變截面比較等強(qiáng)度不等強(qiáng)度①特性①特性3.有預(yù)緊力、等截面片彈簧分析例題：設(shè)計(jì)觸點(diǎn)片彈簧，已知觸點(diǎn)間距離S2=2mm，當(dāng)載荷F2=1.5N時(shí)，觸點(diǎn)閉合，載荷作用在片彈簧端部，片彈簧長度L=40mm，預(yù)加載荷F1=0.5N，材料錫青銅。S2S1FF1F’1金屬或非金屬薄膜或膜片制成的圓形（或矩形）彈性元件膜片、膜盒的設(shè)計(jì)與計(jì)算周邊固定結(jié)構(gòu)形式形成一.概況平膜片波紋膜片制造簡單靈敏度高類型膜盒組膜盒二.工作原理壓力壓力差膜片產(chǎn)生變形剛性中心產(chǎn)生位移s根據(jù)s判斷輸入量的大小測量壓力和壓力差、隔離兩種介質(zhì)三.應(yīng)用電感式壓力傳感器（膜片）電容式壓力傳感器（膜片）感受高度（膜盒）膜盒光纖膜片式流速計(jì)x反射體發(fā)射光纖接收光纖四.膜片、膜盒的分析和設(shè)計(jì)材料選擇主要參數(shù)尺寸設(shè)計(jì)膜片的集中力和有效面積內(nèi)容金屬材料：黃銅、錫青銅、鋅白銅、鈹青銅、不銹鋼等非金屬材料：橡膠、塑料、石英等材料選擇主要參數(shù)壓力測量范圍：10~~109Pa膜片直徑：10~~300mm金屬：0.06~~1.5mm非金屬：0.1~~5mm膜片厚度：影響靈敏度尺寸設(shè)計(jì)

s

膜片的中心位移、p

膜片承受的壓力、R

膜片工作半徑、h

膜片厚度、E

材料的彈性模量、μ

材料的泊松比（金屬μ=0.3

）特性1.平膜片輸入輸出線性小位移特性輸入輸出非線性k1、k2

為系數(shù)2.波紋膜片

s

膜片的中心位移、p

膜片承受的壓力、R

膜片工作半徑、h

膜片厚度、E

材料的彈性模量、a、b為系數(shù)3.E型膜片（波紋膜片之一）特性相對靈敏度線性輸入輸出

s

膜片的中心位移、p

膜片承受的壓力、R

膜片工作半徑、h

膜片厚度、E

材料的彈性模量、μ

材料的泊松比、k1、k2

為系數(shù)E型膜片的尺寸：4.橡膠膜片形成:特點(diǎn):材料:應(yīng)用:設(shè)計(jì):橡膠或纖維織物上涂橡膠靈敏度高，耐腐蝕，工藝簡單，成本低，彈性模量溫度系數(shù)大，長時(shí)間工作老化，遇某些有機(jī)介質(zhì)溶漲變形天然橡膠，合成橡膠和彈簧組合承受均布壓力-----根據(jù)一般平膜片計(jì)算公式設(shè)計(jì)中間有纖維織物或形狀復(fù)雜-----根據(jù)廠家給出的數(shù)據(jù)或?qū)崪y結(jié)果設(shè)計(jì)3.物理及工程意義4.計(jì)算公式：平膜片：波紋膜片：2.有效面積R

膜片外工作半徑、R0剛性中心圓盤半徑線性工作范圍膜片的集中力和有效面積1.集中力例題（例15-3）一個(gè)膜盒組由三個(gè)直徑等于53mm的E型膜盒組成，當(dāng)壓力由1600Pa增加到97200Pa時(shí)，如要求的總位移為6.8mm，求膜片應(yīng)有的厚度h，工作時(shí)的非線性度及承載的安全系數(shù)。膜片的材料為鈹青銅。E型膜盒的相對靈敏度曲線材料：鈹青銅E型膜片非線性度曲線及其破壞區(qū)例題（習(xí)題15-5）例題（習(xí)題15-6）15-6如圖15-36所示E型膜片，其中心位移s和它所承受的壓力p之間的關(guān)系式為

式中當(dāng)設(shè)計(jì)膜片時(shí)，如取D/h=100，試求其相對靈敏度s/Dp。結(jié)構(gòu)形式一端開口一端封閉兩端開口多層一.概況波紋管的設(shè)計(jì)與計(jì)算具有環(huán)形波紋的圓柱薄壁管

形成

類型基本尺寸基本幾何參數(shù)JB/T6169-2006基本尺寸材料奧氏體不銹鋼、錫青銅、鈹青銅、黃銅二、工作原理：伸長或縮短彎曲橫向力作用下：壓力和軸向力作用下：三.特性分析3.位移1.剛度單波剛度波紋數(shù)2.力有效面積隔離兩種介質(zhì)氣動調(diào)節(jié)閥遙控板儀表四、特點(diǎn)及應(yīng)用：滯后誤差大，剛度小波紋管聯(lián)軸器尺寸系列化：表15-10選用五.波紋管設(shè)計(jì)例題（習(xí)題15-7）圖示為波紋管和彈簧組合機(jī)構(gòu)，其中彈簧的參數(shù)為：外徑D2=10mm，鋼絲直徑d=1mm，工作圈數(shù)n=8，材料的剪切彈性模量G=8×104MPa，波紋管材料為黃銅，波紋數(shù)n1=10，單波剛度K1=34.32N/mm，有效面積A=1.65cm2

，試求：當(dāng)壓力由0.02MPa升至0.1MPa，波紋管端部的