第十六章弹簧

第十六章弹簧（一）教学要求了解各类弹簧的工作原理、特点及应用，掌握圆柱螺旋弹簧的设计方法（二）教学的重点与难点圆柱螺旋弹簧的设计计算（三）教学内容§16—1概述一、弹簧的功用（1）控制机构的位置和运动；（2）缓冲及吸振；（3）储存能量；（4）测量力和力矩二、弹簧的类型性质不同，压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。外形又可分为螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧三、弹簧的工作原理1、弹簧特性线和刚度表示弹簧载何与变形量之间的关系曲线称为弹簧特性线。弹簧的载荷变化量与变形变化量之比称为弹簧的刚度，以k表示拉、压弹簧ddFk扭转弹簧ddTk弹簧特性线呈直线的，其刚度为——常数，称为定刚度弹簧；当特性线呈折线或曲线时，其刚度是变化的，称为变刚度弹簧。2、变形能加载过程中弹簧所吸收的能量称为变形能对于拉、压弹簧0d)(FU对于扭转弹簧0d)(TU加载与卸载特性线所包围的面积即代表消耗的能量U0，U0越大，说明弹簧的吸振能力越强。U0与U之比值称为阻尼系数。§16—2圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料一、圆柱螺旋弹簧的结构1、压缩弹簧弹簧两端的端面圈与邻圈并紧，不参与弹簧变形，只起支承的作用，俗称死圈。2、拉伸弹簧二、圆柱螺旋弹簧的制造弹簧的卷制方法有冷卷法和热卷法三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力1、弹簧的材料要求弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限，足够的韧性和塑性，良好的热处理性能。常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢（如60、75、65Mn等）、硅锰弹簧钢（如60Si2MnA）、铬钒弹簧刚（如50Cr-VA）、不锈钢（如1Cr18Ni9）及青铜（如QBe2）等。2、弹簧的许用应用弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关。§16—3圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算一、弹簧特性线预紧力F1称为弹簧的最小载荷。Fmax为弹簧所承受的最大工作载荷，此时，弹簧高度压缩到H2，相应变形为λmax，该时刻弹簧各圈之间仍应保留δ1的间隙，欲称余隙。F3为弹簧的极限载荷。λmax与λ1之差或H2与H1之差，称为弹簧的工作行程λ0二、基本参数及其选择圆柱螺旋弹簧的主要参数有：弹簧丝直径d、弹簧圈外径D、内径D1、中径D2、弹簧节距p和螺旋升角α。弹簧指数C（又称旋绕比）dDC2三、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算1、弹簧受力2、弹簧应力曲度系数K2max8dCFKCCCK615.04414四、弹簧的刚度计算1、弹簧的变形GdFCGdnFD343288mm2、弹簧刚度和圈数nCGdFk38kCGdFCdGn33883、弹簧的稳定性验算压缩弹簧的自由高度H0与中径D2之比称为长细比，以b表示。20DHb当弹簧两端固定时，b5.3；当弹簧一端固定，一端可转时，b3.7；当弹簧两端都可转动时，b2.6。临界稳定载荷Fc=CBkH0NFc——临界稳定载荷，CB——不稳定系数k——弹簧刚度为保证弹簧的稳定性必须满足Fc≥(2~2.5)Fmax§16—4圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线二、圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算bbWTKWMK][maxmaxMPaK'为扭转弹簧曲度系数4414CCK3max][1.0bTKdmm扭转角maxEInDT2maxmaxrad扭转刚度knDEITk2maxmaxN·mm/rad工作圈数22maxmaxDkEIDTEIn§16—5其它类型弹簧简介一、平面蜗卷形盘簧平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧，它的结构是按阿基米德螺线形成的。二、环形弹簧环形弹簧是由若干具有配合锥面的内、外圆环相互叠合而组成的一种压缩弹簧。三、碟形弹簧碟形弹簧又称别氏弹簧，弹簧呈截锥形碟形，只能承受轴向载荷。