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第十三章弹性元件
§1概述
-弹性元件的功用和分类
缓冲减振 "
控制运动
储存能量
测量
r拉伸弹簧 扭转弹簧 r按照受力变形分］压缩弹簧
［弯甬弹簧
（碟形弹簧
I "环餅簧
2分类按照弹簧几何形状分螺旋弹簧
蜗卷弹簧 片簧
I蠶开辭仪表中使用的热敏双金属片簧、
二弹簧元件的特性
弹性效应：指弹性元件的变形仅仅是由于受载荷的 影响所表现出来的性质，起具体参数为体现载荷和 两种基本效应［变形关系的刚度和灵敏度
非弹性效应：指弹性元件的变形受其他因素（如时间 I温度、材料性质等）的影响所表现出来的性质.
「直线型
弹性特性＜
刚度渐增型
刚度渐减型
I混合型
(a)馳
(b)
弹性元件的弹性特性曲线
F； = T]q>
刚度(F):使弹性元件产生单位位移所需要的载荷
F =門九
FfM =M/e (或 ft =T[cp )
F-—弹性元件所受的拉力或压力；
2——弹性元件所产生的拉、压变形；
M和T-—分别为弯矩和扭矩；
0和(P—分别为断面转角和扭转角； 晞和马一分别称为抗弯刚度和抗扭刚度。
灵敏度(S):弹性元件承受单位载荷所产生的位移，它是刚度的倒数.
S = A/F
三种弹性误差现象
① 弹性滞后：弹性元件在加载与卸载过程中，弹性特性曲线不相重 合的现象
② 弹性后效:弹性元件的变形落后于载荷作用（加载或卸载）的
现象
弹性滞后曲线图
③ 温度误差
Et = E0[l + ^(t - ?0)]
Et度为r°c时的弹性模量;
E&—在标准温度（一般为20°C）时的弹性模量;
0—弹性模量温度系数；
温度变化值（令At二t-%）
三弹性元件的材料
§2螺旋弹簧
按外形分类
圆柱形螺旋弹簧
圆锥形螺旋弹簧
抛物线形螺旋弹簧
S：
（图a）
（图b）
（图c）
（a）
（b）
圆柱形螺旋弹簧的形式和端部结构
按载荷作用方式的不同圆柱形螺旋弹簧分以下三种形式
① 拉伸弹簧（代号一L型）如图（a）所示
② 压缩弹簧（代号一Y型）如图（b）所示
③ 扭转弹簧（代号一N型）如图（c）所示
(a)
D
(b)
-E3
(c)
如下图中
(f)等图
弹簧的固定方法
［磨平或通过凸台、凹槽来固定。 有的构环来固定。如(d) ©
(e)
(e)
(d)
(O
(e)
扭转弹簧的固定方法
在工作扭转角不大的情况下采用下图(a) (b)所示的固定方法。 在工作扭转角不较大的情况下可采用双股式扭转弹簧(图13-7(c)), 也可采用作用在钩环上的载荷是力偶的结构(图13-7(d))
二螺旋弹簧的计算
在螺旋升角较小时，可认为弹簧丝仅承受扭转作用。这时，弹簧的 轴向变量2和它所承受的轴向载荷F的关系如下:
SFDln
GdA
Q 一在载荷F作用下弹簧的变形量;
F—作用在弹簧上的载荷;
弹簧中径;
n—弹簧的有效圈数;
G—材料的切变模量;
d—簧丝直径o
弹簧的刚度为:
Gd4
SnD^
扭转剪应力的最大值为:rmax
ID
8g
Tid3
在进行强度计算时，还要考虑弹簧丝横截面的剪切作用和弹簧丝呈
螺旋状对应力大小的影响，为此引入一个修正系数。
故此时rmax二K
nd3
注：修正系数为K
4C-1
1
4C-4 C
式中tC = D2/d,称为弹簧的旋绕比。
通常情况下C=4~16,设计时可参照下表选取。
d/mm
0・2〜0・4
—1
—
—6
7〜16
7〜14
5〜12
5〜10
4〜9
4〜8
旋绕比C的柬用值
1-1
弹簧自由高度与中径之比成为弹簧的高径比，用b = HG/D2压缩弹簧的失稳：当载荷达到一定值时，弹簧会突然发生测向弯曲
,使弹簧刚度突然降低的现象称为压缩弹簧的失稳。
为保证不失稳 应满足的条件
当弹簧两端固定时，
挡弹簧一端固定，另一端可转时，b<
当弹簧两端可转时，
在不满足上面三个条件的情况下进行强度计算，保证