文档介绍：机械设计基础
第十六章弹簧设计
重点内容
常用弹簧的类型、特点、应用、材料及制造工艺
圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算
一、弹簧的功能
-车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧,通常具有较大的弹性变形,可以吸收较多的冲击能量。
§16-1 弹簧的功能、类型及特性曲线
-在变形范围内作用力变化不大。
-钟表中的弹簧。既有较大的弹性,又有稳定的作用力。
-弹簧秤中弹簧。具有稳定的载荷-变形性能。
二、弹簧的分类
弹簧
圆柱螺旋弹簧
圆锥螺旋弹簧
按形状分
按受载分
拉伸弹簧
压缩弹簧
扭转弹簧
蝶形弹簧
环形弹簧
弯曲弹簧
弹簧特性曲线:弹簧的载荷(F、T)-变形(、)曲线
常用金属弹簧类型、特性曲线、特点和应用见表16-1
§16-2 弹簧的材料、许用应力和制造
一、弹簧的材料和许用应力
屈服极限
疲劳极限
冲击韧性
良好的热处理
碳素弹簧钢
锰弹簧钢
合金弹簧钢
常用金属弹簧材料的性能,见表16-2、16-3。
功能及重要程度
工作条件
载荷的性质和大小
加工工艺和热处理
经济性
二、圆柱螺旋拉压弹簧的制造和端部结构
(a) 卷绕
冷卷:直径小于8~10mm,常温下卷成,只进行回火处理,以消除内应力。
热卷:直径较粗,热卷温度一般在800~1000℃, 然后进行淬火及回火处理。
(b) 两端面加工(压缩弹簧)或制作挂钩(拉伸弹簧)
(c) 热处理
(d) 工艺试验
必要时,强压或喷丸
见表16-4
最小工作载荷Fmin ,最小变形min; 最大工作载荷Fmax最小变形min。
Fmin=(~)Fmax
在Fmax的作用下,max< []
极限载荷 Flim,极限变形lim。 Flim可根据lim求出。
一般取Fmax ≤
lim
max
min
F
Fmin
Fmax
自由高度H0
H1
H2
Hlim
Fmin
Fmax
Flim
一. 特性曲线
§16-3 拉伸(压缩)弹簧的设计计算
1. 压缩特性曲线
(a) 没有预应力:特性曲线通过坐标原点(卷绕时,在弹簧中没有产生的预应力)
Fmin
Fmin
Fmax
Fmax
F
Flim
Flim
min
Fmin
max
lim
Fmax
Flim
H0
H1
H2
Hlim
Fmin
Fmin
Fmax
Fmax
F
Flim
Flim
min
Fmin
max
lim
Fmax
Flim
H0
H1
H2
Hlim
F0
(b) 有预应力:特性曲线没有通过坐标原点(卷绕时,在弹簧中产生的预应力)
弹簧中径D2,弹簧丝的直径d,轴线作用力为F。
弹簧受轴向载荷F时,作用在轴向截面A-A上的力有:轴向力F,扭矩T=F·D2/2。
二、强度和刚度计算
1. 弹簧中的应力
F
A-A
T
d
B-B
T’
F
D2/2
B
B
F’
F
F
F”
A
A
T
α
α