文档介绍：第十六章弹簧
弹簧是内燃机设计中常遇到的一种弹性元件。
例:气门弹簧,主离合器弹簧,制动器,气动、液压装置的各种控制阀(压力阀、电磁阀、安全阀)弹簧等。要求掌握弹簧的设计方法。
16-1 弹簧的功用和类型
弹簧特点:刚性小、弹性大。(受力后得到很大的弹性变形,外力消失后,变形即消失,能恢复原状。)
1、减振和缓冲:车身弹簧、缓冲器弹簧;
2、测量力的大小:弹簧称;
3、贮存及输出能量:钟表、仪表弹簧;
4、控制机构的运动:安全阀、离合器。
一、弹簧的功用
二、弹簧的类型
1、按承受的载荷不同分:拉伸、压缩、扭转、弯曲;
2、按形状不同分:螺旋、环形、碟形、盘簧、板簧。
最常用的为圆柱形螺旋弹簧。本章仅介绍该弹簧的结构形式、设计理论和计算方法。
16-2 螺旋弹簧的制造、材料及许用应力
一、制造
螺旋弹簧的卷制方法:分为冷卷、热卷两种。
1、冷卷法:d<(8~10)mm的碳素弹簧钢丝(经预先热处理后的冷拉钢丝)。冷卷—低温回(消除内应力)
2、热卷法:d>(8~10)mm的碳素弹簧钢丝或合金钢丝(太硬)。热卷—淬火—回火
强压处理:一般可提高承载能力20。
喷丸处理:变载荷弹簧可提高承载能力30~50 ,提高使用寿命2~。
二、材料及许用应力
要求:弹性极限、疲劳极限高,具有足够的韧性和塑性,可热处理性好。
常用弹簧材料:
工艺试验:按技术要求进行精度、冲击、疲劳试验。
注意:簧丝表面必须光洁,无裂纹、伤痕,表面脱碳,否则会影响材料的疲劳强度和抗冲击性能。
1、碳素弹簧钢
分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅳ四组,Ⅰ组强度高,Ⅱa比Ⅱ有更好的塑性。
优点:价格便宜,材料来源方便。
缺点:弹性极限低,多次重复变形后易失去弹性,
不能在高于120 C条件下工作。
2、低锰弹簧钢(如 65Mn)
优点:淬透性好,强度高,价格便宜。用于尺寸
不大的一般机械的弹簧。
缺点:淬火后易产生裂纹及热脆性。
3、硅锰弹簧钢(如 60Si2Mn)
钢中加入了硅可显著提高弹性极限,提高回火稳定性,但含硅量高时,表面易于脱碳,而锰的脱碳性小,故钢中加入硅、锰这两种元素。
用于制造汽车、拖拉机的螺旋弹簧。
4、铬钒钢(如 50CrVA)
钢中加入钒的目的是细化组织,提高钢的强度和韧性,该材料耐疲劳,抗冲击性能良好, 能在–40~350 C 下工作,但价格较贵。
用于航空发动机,如柱塞油泵弹簧。
5、其它材料
不锈钢、青铜:防腐、防磁、导电性(用于化工设备、腐蚀性介质中)。
弹簧材料的许用应力:载荷性质不同、重要性不同,则安全系数亦不同。
分成三类:
Ⅰ类:受变载荷作用次数在106以上的重要弹簧。(气门弹簧、制动弹簧)
Ⅱ类:受变载荷作用次数在103~ 105以上或受冲击载荷的弹簧。(调速器弹簧、车辆弹簧)
Ⅲ类:受变载荷作用次数在103以下(静载荷)的弹簧。(安全阀弹簧、离合器弹簧)
16-3 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的设计计算
一、几何参数及特性曲线
1、压缩弹簧
死圈:弹簧端部只起支承作用,不参与变形的圈。
当n(工作圈数) 7时,为 ;n>7时,为1~(每端)
按端部结构分:
Y Ⅰ:并紧并磨平。
Y Ⅲ:并紧不磨平。
Y Ⅱ:并紧,锻平(热卷)
亦可磨平。