14 第十四章 弹簧.pptx

第1页：弹簧封面

弹簧封面

第十四章弹簧

第2页：14.1 概述

14.1 概述

• 一、弹簧的主要功用
• 1.缓和冲击和吸收振动汽车、火车中的缓冲弹簧，这类弹簧具有较大的弹性变形能力。

第3页：储存能量钟表、枪机弹簧

储存能量钟表、枪机弹簧

2、储存能量钟表、枪机弹簧，这种弹簧既要求有较大的弹性，又要求作用力较稳定。

第4页：测量力的大小测力仪及弹簧秤中的

测量力的大小测力仪及弹簧秤中的

3、测量力的大小测力仪及弹簧秤中的弹簧，这类弹簧要求其受力与变形呈线性关系。

第5页：控制机构的运动或零件的位置这类弹簧

控制机构的运动或零件的位置这类弹簧

4、控制机构的运动或零件的位置这类弹簧要求在某一定变形范围内的刚度变化不大。

第6页：弹簧的分类

弹簧的分类

• 二、弹簧的分类
• 按承受载荷性质分：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等。
• 按弹簧形状分：螺旋弹簧、碟型弹簧、环形弹簧、盘簧、板簧等。

第7页：弹簧的基本类型

弹簧的基本类型

第8页：

第9页：圆柱螺旋拉伸弹簧

圆柱螺旋拉伸弹簧

第10页：圆柱螺旋压缩弹簧

圆柱螺旋压缩弹簧

第11页：变刚度压缩弹簧

变刚度压缩弹簧

第12页：圆柱螺旋扭转弹簧

圆柱螺旋扭转弹簧

第13页：

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第14页：

第15页：盘簧（涡卷弹簧）

盘簧（涡卷弹簧）

第16页：环形弹簧

环形弹簧

第17页：环形弹簧

环形弹簧

第18页：碟形弹簧

碟形弹簧

第19页：14.2 弹簧的材料

14.2 弹簧的材料

• 许用应力及制造性；一、弹簧的材料对弹簧的材料的主要要求是：1、高的弹性极限、强度极限、疲劳极限和冲击韧2、良好的热处理性能,热处理后应有足够的经久不变的弹性,且脱碳性要小;3、对冷拔材料要求有均匀的硬度和良好的塑性。
• 常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢、及特种材料（如铍青铜、液体弹簧等）

第20页：许用剪切和弯曲应力与材料

许用剪切和弯曲应力与材料

二、许用剪切和弯曲应力与材料、载荷变化特性及弹簧的重要程度有关：1、Ⅰ类载荷—变载荷，交变次数>106次，多数疲劳破坏；

2、Ⅱ类载荷—静载重要弹簧、有冲击的弹簧或交变次数103~106次的弹簧，疲劳或静载破坏；

3、Ⅲ类载荷—静载弹簧或交变次数103次以内的弹簧，静载破坏。

第21页：冷或

冷或

三、螺旋弹簧的制造螺旋弹簧的制造过程主要包括：（1）冷或800~1000度热卷绕2钩环的制作或两端的加工3热处理：淬火+回火4工艺试验及必要的压强或喷丸等强化处理。

压缩弹簧的端部结构

第22页：拉伸弹簧的端部结构

拉伸弹簧的端部结构

第23页：端部处理

端部处理

第24页：工艺试验

工艺试验

• 3、热处理
• 4、工艺试验及必要的强压或喷丸等强化处理。

第25页：14.3 圆柱形压缩

14.3 圆柱形压缩

• （拉伸）螺旋弹簧的设计计算
• 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算内容有：1确定结构形式和特性线；2选择材料和确定许用应力；3由强度条件确定弹簧丝的直径和弹簧中径；4）由刚度条件确定弹簧的工作圈数；5）确定弹簧的基本参数、尺寸等。

第26页：主要几何参数

主要几何参数

• 一、圆柱螺旋弹簧的结构形式
• 主要几何参数：外径D2、中经D、内径D1、节距p、螺旋升角α、弹簧丝直径d、弹簧指数C、工作圈数n。

第27页：圆柱螺旋弹簧的几何计算式

圆柱螺旋弹簧的几何计算式

• 二、圆柱螺旋弹簧的几何计算式
• 弹簧指数C=D/d
• 总圈数：n1=n+(1.5~2.5)
• 节距
• 间隙：p=d+δ0.8nδ≥λ2pπD螺旋升角：α=arctancosα
• 弹簧丝展开长度：L=πDn1（λ2最大工作载荷作用时弹簧的变形量）
• Ho—自由高度
• δ—各圈之间的间隙
• δ1—余隙δ1≥0.1d

第28页：几何尺寸和参数外径

几何尺寸和参数外径

一、几何尺寸和参数外径D2、中径D、内径D1弹簧指数（旋绕比，）C:通常C=5~8弹簧丝直径d节距t螺旋升角αdC=D2

第29页：特性线表示载荷与相应变形之间关系

特性线表示载荷与相应变形之间关系

二、特性线表示载荷与相应变形之间关系的曲线称为弹簧的特性线

第30页：圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及其特性

圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及其特性

• 线
• λ1与λ2之差称为弹簧的工作行程h=λ2−λ1=H1−H2
• Flim为弹簧的极限工作载荷，在它的作用下弹簧丝内的应力达到了弹簧材料的屈服极限。
• 弹簧的最小工作载荷通常取为F1≤0.2Flim最大工作载荷F2≤0.8Flim

第31页：圆柱型等节距拉伸螺旋弹簧及其特性

圆柱型等节距拉伸螺旋弹簧及其特性

线

第32页：弹簧的受力和应力在通过弹簧轴

弹簧的受力和应力在通过弹簧轴

三、弹簧的受力和应力在通过弹簧轴线的平面A-A内,弹簧丝的剖面呈椭圆形,而在垂直于弹簧的平面B-B内则为圆形,两剖面间夹角为弹簧的螺旋升角α02当弹簧受载荷F作用时,在A-A剖面上将作用有扭转力矩FD2和剪切力F。

22而在B-B剖面上则作用有转矩T=FD2cosα、弯矩Μ=F×D2sinα切向力22F×DΜ=及法向力tsinαF=Fcosα该剖面上的应力可近似的取为τ=τt+τF

第33页：转矩T引起的切应力

转矩T引起的切应力

τTTTτ=T=FD2/2=8FD2Wπd3/16πd3切向力Ft引起的切应τF力FτFF4FAπd2/4πd2=t==根据力的迭加原理可知，在弹簧丝内侧a点的合成应力最大a点的最大合成切应力为221πd3d8FDτ'=8FD24F8FDπd3+πd2πd3=1+=1+2D2C2

第34页：2C考虑弹簧升角和曲率以及

2C考虑弹簧升角和曲率以及

τF的影响引入一个修正系数K,则弹簧丝剖2CD1,取1+1≈1面上实际力的分布将如图(d),其强度条件πd3πd2τ=K8FD2=K8FC≤[τ]式中K称为曲度系数K=4C−1+0.6154C−4C当按强度条件计算弹簧丝直径d时,应以最大工作载荷F2代替式中的F,则得π[τ]d≥8KF2C=1.6KF2C[τ]mm

第35页：一般规定

一般规定

• 当其它条件相同时，旋绕比C越小，弹簧刚度越大；反之，则弹簧刚度越小。
• 若C值过小，会使弹簧卷绕困难，并在弹簧内侧引起过大的应力。
• 若C值过大，则弹簧易颤动。
• 一般规定C≥4，通常C取值范围为4～16,常用值为5～8。旋绕比对弹簧性能的影响

第36页：弹簧的变形和刚度圆柱形压缩

弹簧的变形和刚度圆柱形压缩

四、弹簧的变形和刚度圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧受载荷后产生的轴向变形量为：338FDn8FCn2Gd4Gdλ==（1）对于压缩弹簧和无初应力的拉伸弹簧328FCn2Gdλ=（2）对于有初应力的拉伸弹簧)3202Gd8(F−FCnλ=0028KDπd3τ'F为初拉力F=0

第37页：表示，拉伸和压缩弹簧的刚度为弹簧

表示，拉伸和压缩弹簧的刚度为弹簧

的刚度用KFFKdλ=dF定刚度的压缩和拉伸弹簧的刚度为332FGdGd4λ8Cn8DnKF===之比，称为高径比，即五、弹簧的稳定性压缩弹簧的自由高度H0与中径D2b=H0D2为保证压缩弹簧的稳定性，其高径比b值应满足下列要求：两端固定时两端均自由转动时b<5.3一端固定另一端自由转动时b<3.7b<2.6

第38页：当b值不满足上述要求时

当b值不满足上述要求时

• 应进行稳定性验算。保持稳定时的临界载荷由下式计算Fc=CBKFH0B0BC—不稳定系数CH=λc下关系为保证弹簧的稳定性，最大工作载荷F2与临界载荷Fc之间应满足以2FcF≤2
• 2.5高径比b
• 当稳定性达不到要求时，可以采取的措施包括加导杆、导套，但应注意导杆或导套与弹簧之间的间隙。

第39页：初选弹簧指数

初选弹簧指数

六、受静载荷圆柱形螺旋弹簧的设计,估取弹簧丝直径设计的一般步骤如下：1.选择材料和确定许用应力。

(1)初选弹簧指数C(2)根据初选C值及安装空间估计中径D2(3)选择材料2.根据强度条件试算弹簧丝直径d'。

3.根据变形条件计算弹簧工作圈数。

4.计算弹簧主要尺寸。

5.验算稳定性。

6.绘制弹簧工作图。