文档介绍：第18章弹簧
§18-1 弹簧的功用和类型
§18-2 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形
§18-3 弹簧的制造、材料和许用应力
§18-5 其他弹簧简介
§18-4 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计
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工作特点:弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形,
在机械设备中被广泛用作弹性元件。
功用:
1. 控制机构运动或零件的位置; 如凸轮机构、离合器、阀门等;
§18-1 弹簧的功用和类型
3. 存储能量; 如钟表仪器中的弹簧;
4. 测量力的大小。如弹簧秤中的弹簧
螺旋
弹簧
圆柱形
截锥形
按形状分
按受载分
拉伸弹簧
压缩弹簧
扭转弹簧
类型:
分类
2. 缓冲吸振; 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧;
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本章内容
分类
螺旋弹簧
圆柱形
截锥形
按形状分
按受载分
拉伸弹簧
压缩弹簧
扭转弹簧
环形弹簧
平面涡圈弹簧仪表中储能用
板弹簧
碟形弹簧
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T
一、弹簧的应力
已知条件如图。
§18-2 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形
D2
d
T
α
F
F
截面受力:
剪切应力:
剪切应力:
F
F
τ’
D2 /2
弹簧轴线
d
D2 /2
弹簧轴线
d
τ”
F
τ”
τ’
τ
D2 /2
弹簧轴线
d
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C=D2 /2
曲度系数
K
3
4
5
6
7
8
20
10
12
14
16
9
18
C----旋绕比,或弹簧指数。
----弹簧的曲度系数
强度条件:
截面总切应力:
d
τ”
τ’
τ
未考虑簧丝曲率的应力
d
τ”
τ’
τ
设计公式:
其值可直接查表下表可得
精确分析可得如下公式:
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二、弹簧的变形
dφ
在轴向载荷的作用下,弹簧产生轴向变形λ,取微段分析
D2/2
微段轴向变形量dλ:
C↓→
k↑
C值过小→制造困难,内侧应力↑;
取值范围:C=4~16
C值过大→弹簧容易颤动。
dλ
D2
F
λ
F
n为有效圈数
钢:G=8×104 Mpa, 青铜:G=4×104 Mpa
G--材料的切变模量:
根据材料力学有关圆柱
螺旋弹簧变形的计算公式
T
T
O’
ds
O
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一、弹簧的制造
§18-3 弹簧的制造、材料和许用应力
二、弹簧的材料
制造过程:卷绕、端面加工(压簧)或拉钩制作(拉簧或扭簧)、热处理和工艺性试验。
冷卷:d<10 mm
热卷:d≥ 10 mm
→低温回火,消除应力
→淬火、回火
经强压处理可提高承载能力。
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,使簧丝表面层产生与工作应力相反的残余应力,受载时可抵消一部分工作应力。
要求:高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、
塑性和良好的热处理性能。
材料:优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢、有色金属合金。
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碳素弹簧钢:~%之间,如65、70、85
合金弹簧钢:硅锰钢、铬钒钢。
有色金属合金:硅青铜、锡青铜、铍青铜。
优点:容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的强
度,适宜的韧性和塑性。
缺点:当d>12 mm,不易淬透,故仅适用于小尺寸的
弹簧。
优点:适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高
的弹簧。
选用原则:
充分考虑载荷条件(载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况)、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。
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三、弹簧的许用应力
弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、弹簧的工作条件和重要程度,以及簧丝的尺寸等
弹簧按载荷分为三类:
I类弹簧: 受变载荷作用次数>106,或很重要的弹簧。
II类弹簧:受变载荷作用次数在103 ~ 105 ,或受冲击
载荷的弹簧,或受静载荷的重要弹簧。
III类弹簧:受变载荷作用次数在<103 ,或受静载荷的
弹簧。
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表18—1 螺旋弹簧的常用材料和许用应力
材料
名称
牌号
65、70 –40~120
碳素弹簧
钢丝Ⅰ,
Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ
60Si1Mn 480 640 800 –40~200 45~50HRC
合金弹
簧钢丝
Ⅰ类弹簧
[τI]
青铜丝
Ⅱ类弹簧
[τII]
Ⅲ类弹簧
[τIII]
推荐使用
温度℃
推荐硬度
范围
特性