机械设计基础第五版第十八章.

第十八章弹簧18-1弹簧的功用及类型一、功用：1、控制机构的运动或零件的位置。2、缓冲及吸振。3、储存能量。4、测量力的大小。二、种类：螺旋弹簧环形弹簧碟形弹簧平面涡卷弹簧（盘簧）板弹簧1、螺旋弹簧：制造简单，应用广泛。2、环形弹簧：具有很高的缓冲、吸振能力，多用于重型机械。3、碟形弹簧：同上4、平面涡卷弹簧（盘簧）：轴向尺寸小，常作仪器、仪表的储能装置。5、板弹簧：主要作各种车辆的减振装置。18-2圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形一、弹簧的应力：以圆柱螺旋压缩弹簧为例进行分析。FFF作用在弹簧轴线上，螺旋升角很小（）可认为通过轴线的截面——弹簧丝的法截面9一、弹簧的应力：在法截面上作用有：剪力F、扭矩T弹簧中径222DDFTFT2DT在截面上产生的最大扭切应力：32328162dFDdDFWTTWT—弹簧丝抗扭截面系数d——弹簧丝截面直径FT剪力引起的切应力（切应力均匀分布）：24dF弹簧丝截面上的最大切应力（发生在靠近轴线一侧）：)21(848232232DddFDdFdFD）（令CdFCdDC5.01822C—旋绕比（弹簧指数）弹簧丝截面上的最大切应力及强度条件：（考虑弹簧丝的升角、曲率对应力的影响）材料的许用切应力材料的曲率系数，查图61882KdFCK二、弹簧的变形：在轴向载荷的作用下，弹簧产生轴向变形λ截取微段ds，受扭矩T后，两端截面相对扭转dφ角，半径OC2相对于OC1扭转dφ角，使弹簧产生相应的轴向变形dλ，FλD2TTOC2C1dλO'dφFλD2TTOC2C1dλO'dφ二、弹簧的变形：42222822dGdsFDGITdsDdDdpG—弹簧材料的切变模量IP—截面的极惯性矩lldsdGFDd042208lldsdGFDd042208二、弹簧的变形：nDldsl20n—弹簧的有效圈数GdnFCGdnFD343288弹簧刚度k：nCGdnDGdFk332488分析：nCGdnDGdFk332488其它条件相同，Ck，CkC值过小，弹簧卷绕困难，C值过大，弹簧易颤动。常用C=5~818-3弹簧的制造、材料和许用应力一、制造：卷绕、两端面加工（压簧）或挂钩的制作（拉簧、扭簧）、热处理和工艺性试验等。1、卷绕：方法冷卷（）：用冷拉的碳素弹簧钢丝在常温下卷成。热卷：卷成后须经过淬火和回火处理mmd102、强压处理：将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限，并保持一定时间后卸载，使弹簧丝表面产生残余应力（与工作应力方向相反），受载时可抵消部分工作应力。*强压处理，可提高弹簧的承载能力。*经强压处理后的弹簧，不宜在高温、变载荷、有腐蚀性介质的条件下应用。（残余应力不稳定）二、弹簧的材料：1、碳素弹簧钢：65、70、85价廉易得，热处理后具有很高的强度、合适的韧性、塑性。只适用于小尺寸的弹簧（因d12mm，不易淬透）2、合金弹簧钢：60Si2Mn、4Cr13、50CrVA只适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧。3、有色金属合金：QSi3-1、QSn4-3适用于在潮湿、酸性或其它腐蚀性介质中工作的弹簧。三、弹簧的许用应力：弹簧按载荷的性质分为三类。三、弹簧的许用应力：Ⅰ类：受变载荷作用次数在106次以上，或很重要弹簧。Ⅱ类：受变载荷作用次数在103~105次，受冲击载荷或静载荷的重要弹簧。Ⅲ类：受变载荷作用次数在103次以下的弹簧各类弹簧的许用应力见表18-118-4圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计一、结构尺寸和特性曲线：1、压缩弹簧的结构尺寸：δ各圈间均留有间距δ，以备受载时变形。弹簧两端各有圈并紧（支承圈或死圈）411~43有支承圈的弹簧总圈数：)5.2~5.1(1nn1、压缩弹簧的结构尺寸：（1）节距t：t=d+δ（2）间距δ：时弹簧的变形量最大工作载荷作用228.0n（3）螺旋升角：9~55.0~3.022）（通常DtDtarctg（4）弹簧丝展开长度：cos12nDL（5）自由高度H0：两端并紧不磨平：dnnH)1(10两端并紧磨平：dnnH)5.0(10（6）弹簧高径比b：20DHb为保证压缩弹簧的稳定性，b不能超过许用值，否则产生侧弯现象。两端固定弹簧：b5.3一端固定另一端铰支弹簧：b3.7为避免弹簧失稳，应加导向杆或导向套。2、压缩弹簧的特性曲线：F1Fλλ1H1F2λ2H2FlimλlimHlimH0F1—最小工作载荷F2—最大工作载荷Flim—极限载荷二、设计计算步骤：1、根据工作条件选择合适的弹簧材料、及结构形式。2、运用求应力、变形的公式确定弹簧的主要参数d、D2、n。3、由式18-7、18-8求出弹簧其它结构尺寸t、α、H0