機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 課件 CH13 彈簧

第十三章彈簧——機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)§13-1彈簧的功用和類型§13-2彈簧的制造、材料及許用應(yīng)力§13-3圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三章彈簧一、彈簧的功用§13-1彈簧的功用和類型(1)緩沖和減振。如汽車、火車車箱下的減振彈簧，各種緩沖器的緩沖彈簧等；(2)控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。如內(nèi)燃機(jī)中的閥門彈簧，離合器中的控制彈簧等；(3)儲(chǔ)存及輸出能量。如鐘表彈簧、槍閂彈簧等；(4)測(cè)量力的大小。如彈簧秤，測(cè)力器中的彈簧等。二、彈簧的類型§13-2彈簧的制造、材料及許用應(yīng)力常用彈簧材料的機(jī)械性能及用途見(jiàn)表13-1～13-3二、

彈簧的制造

螺旋彈簧的制造工藝過(guò)程包括：卷制、掛鉤的制作或端面圈的精加工、熱處理和工藝性能試驗(yàn)。一.彈簧的材料和許用應(yīng)力

彈簧在工作中常受交變和沖擊載荷，又要求有較大的變形，所以彈簧材料應(yīng)具有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限和疲勞強(qiáng)度。在工藝上要有一定的淬透性、不易脫碳，表面質(zhì)量好。拉伸彈簧的端部制有掛鉤，以便安裝和加載?？烧{(diào)式（LⅦ型）和可轉(zhuǎn)式（LⅧ型）掛鉤受力情況較好，且可轉(zhuǎn)向任何位置以便于安裝。常用的端部結(jié)構(gòu)有四種型式（如圖所示）；半圓鉤環(huán)（LⅠ型）、圓鉤環(huán)（LⅡ型）制造方便，應(yīng)用廣泛，但因掛鉤過(guò)渡處產(chǎn)生很大彎曲應(yīng)力，故只宜用于彈簧絲直徑的彈簧。半圓鉤型圓鉤型可調(diào)式可轉(zhuǎn)式彈簧在彈性范圍內(nèi)工作時(shí)，其變形量隨載荷的變化而改變，表示彈簧工作過(guò)程中所受載荷與變形量之間關(guān)系的曲線，稱為彈簧的特性線。

特性線給設(shè)計(jì)彈簧時(shí)的力分析提供了方便，同時(shí)也是彈簧質(zhì)量檢驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)的重要依據(jù)。

在彈性范圍內(nèi)工作的等節(jié)距圓柱螺旋彈簧，其載荷與變形成正比，故特性曲線為一條直線。一、

彈簧的特性曲線§13-3圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算圖中

H0——未受載荷時(shí)彈簧的自由長(zhǎng)度；

——最小載荷，即彈簧在安裝時(shí)所預(yù)加的壓力（安裝負(fù)荷），目的是使彈簧緊貼在彈簧座上，這時(shí)的變形量為

1

，彈簧長(zhǎng)度為；

——最大工作載荷，這時(shí)的變形量為

2

，彈簧的長(zhǎng)為；Flim

——極限載荷，這時(shí)的變形量為

lim

；h——彈簧的工作行程，h=

2-

1承受極限載荷Flim時(shí)，應(yīng)力不得超過(guò)表13-3的剪切彈性極限，以免出現(xiàn)塑性變形

。最小載荷一般取≥0.2

Flim

。壓縮彈簧除參加變形的有效圈數(shù)外，為了使壓縮彈簧工作時(shí)受力均勻，保證彈簧中心線垂直于端面，彈簧兩端各有0～1.25圈并緊起支承作用，工作時(shí)不參與變形，故稱為死圈或支承圈。

支承圈端面與彈簧座接觸，最常見(jiàn)的端部結(jié)構(gòu)有并緊不磨平和并緊磨平型兩種，如圖所示。二、

彈簧的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸在重要場(chǎng)合應(yīng)采用并緊磨平型型，以保證兩支承端面與彈簧的軸線垂直，從而使彈簧受壓時(shí)不致歪斜。端部磨平部分的長(zhǎng)度不少于3/4圈。下圖分別為圓柱螺旋壓縮彈簧和拉伸彈簧的一般結(jié)構(gòu)?；緟?shù)和幾何尺寸計(jì)算公式表圓柱螺旋壓縮彈簧圖圓柱螺旋拉伸彈簧圖

右圖為圓柱形螺旋壓縮彈簧，三、彈簧的的強(qiáng)度計(jì)算

承受軸向工作載荷由截面法分析，得知彈簧絲截面受剪力及扭矩，扭矩引起的剪應(yīng)力為若考慮剪力引起剪應(yīng)力的影響和彈簧絲呈螺旋狀曲率影響，最大剪應(yīng)力發(fā)生在彈簧內(nèi)側(cè)圖，其數(shù)值與強(qiáng)度條件應(yīng)為式中

——旋繞比，可按下頁(yè)表選用；

——彈簧曲度系數(shù)，

F——彈簧的工作載荷，N；

D——彈簧中徑，mm；

d——材料直徑，mm。在上式中，以彈簧的最大工作載荷代替，便可得到按強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑的公式拉伸彈簧強(qiáng)度計(jì)算方法與壓縮彈簧相同。式中G——彈簧材料的剪切彈性模量四、

彈簧工作圈數(shù)由材料力學(xué)可知，彈簧受軸向載荷后產(chǎn)生的變形量為設(shè)計(jì)時(shí)按最大工作載荷和相應(yīng)的變形量，利用上式可求出彈簧所需的有效圈數(shù)最少有效圈數(shù)為2圈，一般不少于3圈。彈簧載荷與對(duì)應(yīng)變形的比值稱為彈簧剛度，用k表示，由上式可知，K’為常數(shù)，即載荷與變形成直線關(guān)系。彈簧剛度所映了彈簧抵抗變形的能力。由上式知，C越大，彈簧剛度越小，即彈簧越軟，工作時(shí)，會(huì)引起顫動(dòng)；C越小，彈簧剛度越大，卷繞越困難。一般取C=4～16，常用范圍為5～10。當(dāng)兩端固定時(shí)：

對(duì)于壓縮簧，如果圈數(shù)較多，彈簧高徑比過(guò)大，承壓時(shí)會(huì)喪失穩(wěn)定為了穩(wěn)定性和便于制造，高徑比應(yīng)滿足