第18章-弹簧学习教案

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1、会计学1第第18章章-弹簧弹簧(tnhung)第一页，共29页。弹簧：是一般种弹性元件弹簧：是一般种弹性元件, ,具具有多次重复地随外载荷的大小有多次重复地随外载荷的大小而作相应的弹性变形而作相应的弹性变形, ,卸载后卸载后又能立即又能立即(lj)(lj)恢复原状的特恢复原状的特性。性。1. 弹簧弹簧(tnhung)的功用的功用（1）存储能量）存储能量(nngling);（2）吸收振动）吸收振动;（3）机械零件位置及作用力）机械零件位置及作用力的控制的控制;（4）测力弹簧。）测力弹簧。18.1 弹簧的功用和类型弹簧的功用和类型第1页/共29页第二页，共29页。2. 弹簧弹簧(tnhung)的类

2、型的类型按受载分按受载分: :拉伸弹簧拉伸弹簧压缩压缩(y su)弹弹簧簧扭转弹簧扭转弹簧弯曲弹簧弯曲弹簧第2页/共29页第三页，共29页。按形状按形状(xngzhun)(xngzhun)分分: : 螺旋弹簧螺旋弹簧(tnhung)、板弹簧、板弹簧(tnhung)、碟形弹簧、碟形弹簧(tnhung)、环形弹簧、环形弹簧(tnhung)、盘簧、空气弹簧、盘簧、空气弹簧(tnhung)、橡胶弹簧、橡胶弹簧(tnhung)等。等。第3页/共29页第四页，共29页。18.2 材料材料(cilio)与制造与制造 弹簧弹簧(tnhung)的材料的材料 （1）高疲劳强度）高疲劳强度 ；（；（2）高弹性极限；

3、）高弹性极限； （3）高冲击韧）高冲击韧性（防止突然断裂性（防止突然断裂(dun li)） ；（；（4）很好的热处理性）很好的热处理性能。能。材料要求材料要求（一般认为受脉动载荷，即脉动应力）（一般认为受脉动载荷，即脉动应力）弹簧按载荷分为三类：弹簧按载荷分为三类：II类弹簧：受变载荷作用次数在类弹簧：受变载荷作用次数在103 105 ，或受冲击，或受冲击 载荷的弹载荷的弹 簧，或受静载荷的重要弹簧。簧，或受静载荷的重要弹簧。III类弹簧：受变载荷作用次数在类弹簧：受变载荷作用次数在106，或很重要的弹簧。，或很重要的弹簧。第4页/共29页第五页，共29页。选用选用(xunyng)材料的注意点

4、：材料的注意点： （1）使用）使用(shyng)条件（载荷大小、方向、循环特性条件（载荷大小、方向、循环特性、温度、工作介质等）；（、温度、工作介质等）；（2）功用；（）功用；（3）重要程度。）重要程度。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。碳素弹簧钢碳素弹簧钢：含碳量在：含碳量在0.60.9%之间，如之间，如65、70、85合金合金(hjn)弹簧钢：硅锰钢、铬钒钢。弹簧钢：硅锰钢、铬钒钢。 有色金属合金有色金属合金：硅青铜、锡青铜、铍青铜。：硅青铜、锡青铜、铍青铜。 应用于受力较小又要求防腐蚀、防磁的场合。应用于受力较小又要求防腐蚀、防磁的场合。 优点优点：容易获得、价格便

5、宜、热处理后具有较高的强度，：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。适宜的韧性和塑性。缺点缺点：当：当d12 mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的弹簧。，不易淬透，故仅适用于小尺寸的弹簧。优点优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧。：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧。常用材料及其使用性能（表常用材料及其使用性能（表18-1）第5页/共29页第六页，共29页。制造制造(zhzo)过程过程：表面表面(biomin)要求要求： 弹簧弹簧(tnhung)的制造的制造强压处理：强压处理：d8mm 热卷制：加热热卷制：加热卷制卷制淬火淬火回火回火 d8m

6、m 冷卷制：卷制冷卷制：卷制低温回火低温回火光洁、无裂纹、无伤痕光洁、无裂纹、无伤痕 卷绕、端面加工（压簧）或拉钩制作（拉簧或扭簧）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。、热处理和工艺性试验。 将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限，并保持一定时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，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。受载时可抵消一部分工作应力。 经强压处理可提高承载能力。经强压处理可提高承载能力。第6页/共29页第七页，共29页。18.3 弹簧工作弹簧工作(gn

7、gzu)原理原理特性特性(txng)曲线曲线四种典型四种典型(dinxng)类型类型弹簧载荷与变形之间的关系曲线称为弹簧的特性曲线。弹簧载荷与变形之间的关系曲线称为弹簧的特性曲线。第7页/共29页第八页，共29页。第8页/共29页第九页，共29页。弹簧弹簧(tnhung)刚度刚度TddTcFddFcT变刚度变刚度变刚度变刚度定刚度定刚度定刚度定刚度 受变载荷或冲击载荷时，最好受变载荷或冲击载荷时，最好(zu ho)将弹簧设计成变将弹簧设计成变刚度，随着载荷的增加弹簧刚度将越来越大。刚度，随着载荷的增加弹簧刚度将越来越大。等效等效(dn xio)弹簧弹簧 使用单个弹簧不能满足载荷、位移等要求时，

8、可以采用使用单个弹簧不能满足载荷、位移等要求时，可以采用组合弹簧（串联、并联）。组合弹簧（串联、并联）。第9页/共29页第十页，共29页。弹簧的变形弹簧的变形(bin xng)能与阻尼能与阻尼无摩擦无摩擦(mc)，能量无损能量无损耗耗有外部有外部(wib)摩摩擦，消耗能量擦，消耗能量如环形、蝶形、板如环形、蝶形、板弹簧弹簧有内部摩擦，有内部摩擦，消耗能量消耗能量如非金属材料如非金属材料制弹簧制弹簧如圆柱螺旋弹簧如圆柱螺旋弹簧阻尼系数阻尼系数0PPEE第10页/共29页第十一页，共29页。第11页/共29页第十二页，共29页。强度强度(qingd)计算计算簧丝受力分析簧丝受力分析(fnx)切向力

9、切向力法向力法向力扭扭 矩矩弯弯 矩矩弹簧指数弹簧指数(zhsh)（旋绕（旋绕比）比）dDC/2其中其中D2为弹簧中径，为弹簧中径，d为簧丝直径为簧丝直径C大，弹簧刚度小，易发生抖动大，弹簧刚度小，易发生抖动C小，加工困难，簧丝内外侧应力悬殊，刚度大，材料利用率低小，加工困难，簧丝内外侧应力悬殊，刚度大，材料利用率低0sincos0sincosFRMFRFRTFFFFFNQ18.4 圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋压缩弹簧第12页/共29页第十三页，共29页。6 . 1615. 0441481max21321maxTTCkFdCdDCCCkdFDk强度强度(qingd)条件：条件：（1）d 应符合标准

10、直径应符合标准直径（2）选定）选定d，查取，查取T，再，再 计算计算(j sun)d，比较，差距大，比较，差距大， 重新计算重新计算(j sun)（3）C在计算在计算(j sun)前应事先假定，前应事先假定， 一般一般 C = 5 8注意注意(zh y)：目的：确定弹簧直径目的：确定弹簧直径D2和弹簧丝直径和弹簧丝直径d第13页/共29页第十四页，共29页。刚度刚度(n d)计算计算ds弧段上两端弧段上两端(lin dun)截面的截面的相对转角为相对转角为dFRTdsGITdP两端两端(lin dun)截面的轴向位移为截面的轴向位移为dsGIFRDdDdP2222积分后得积分后得4328Gdn

11、FD变换上式变换上式3248FDdGn弹簧刚度为弹簧刚度为nCGdFc38目的：确定弹簧的圈数目的：确定弹簧的圈数n第14页/共29页第十五页，共29页。压缩弹簧压缩弹簧(tnhung)的稳定性问题的稳定性问题一般一般(ybn)H0/D235时不会出现失稳现象时不会出现失稳现象取值与端部固取值与端部固定定(gdng)方方式有关式有关均为回转端时均为回转端时2.6均为固定端时均为固定端时5.3一端固定，一端回转时一端固定，一端回转时3.7解决措施：解决措施：（1）加导向杆）加导向杆（2）加导向套）加导向套（3）端面加工与轴心线垂直）端面加工与轴心线垂直 （要求较高）（要求较高）第15页/共29页

12、第十六页，共29页。压缩压缩(y su)弹簧的结构尺寸弹簧的结构尺寸压缩弹簧在自由压缩弹簧在自由(zyu)状态状态下，各圈之间留有一定间距下，各圈之间留有一定间距 。支承圈或死圈：两端有支承圈或死圈：两端有3/45/4圈并紧，以使弹簧站圈并紧，以使弹簧站立平直，这部分不参与立平直，这部分不参与(cny)变形。变形。端部磨平端部磨平-重要弹簧重要弹簧端部不磨平端部不磨平- 一般用途一般用途压缩弹簧的端部结构压缩弹簧的端部结构第16页/共29页第十七页，共29页。压缩弹簧自由压缩弹簧自由(zyu)长度长度H0压缩压缩(y su)弹簧的总圈弹簧的总圈数：数：n1 = n+(1.52.5) n为有效为

13、有效(yuxio)圈数圈数为使工作平稳，为使工作平稳，n1的尾数取的尾数取1/2H0=n+(n1+1)dH0=n+(n1-0.5)d对于两端并紧磨平结构对于两端并紧磨平结构两端并紧不磨平结构：两端并紧不磨平结构：第17页/共29页第十八页，共29页。拉伸弹簧拉伸弹簧(tnhung)的结构特的结构特点：点：a) 各圈相互各圈相互(xingh)并紧并紧=0； b) 制作完成制作完成(wn chng)后具有初拉力后具有初拉力；c) 端部做有拉钩，以便安装端部做有拉钩，以便安装和加载。和加载。拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型、转钩、可调转钩。、转钩、可调转钩。半圆钩环型、圆

14、钩环型半圆钩环型、圆钩环型特点：特点：结构简单、制造容易、但弯曲结构简单、制造容易、但弯曲应力大。应用于中小载荷与不应力大。应用于中小载荷与不重要的场合。重要的场合。转钩、可调转钩特点：弯曲应力转钩、可调转钩特点：弯曲应力小。适用于变载荷的场，但成本小。适用于变载荷的场，但成本较高。较高。18.5 圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋拉伸弹簧第18页/共29页第十九页，共29页。18.6 扭转扭转(nizhun)弹簧弹簧 扭转弹簧簧丝中主要扭转弹簧簧丝中主要(zhyo)受弯矩受弯矩M作用，强度计算以弯曲疲劳强度为主。作用，强度计算以弯曲疲劳强度为主。第19页/共29页第二十页，共29页。18.7 其他其他

15、(qt)弹簧弹簧1. 环形环形(hun xn)弹簧弹簧特点：缓冲特点：缓冲(hunchng)性能好性能好第20页/共29页第二十一页，共29页。第21页/共29页第二十二页，共29页。2. 碟形弹簧碟形弹簧(tnhung)结构结构(jigu)特点：特点：载荷载荷(zi h)、变形、变形：用钢板冲制而成，外形象碟子。用钢板冲制而成，外形象碟子。往往将多个组合使用往往将多个组合使用轴向力沿周边均匀分布、轴向力沿周边均匀分布、h变小而产生轴向变形。变小而产生轴向变形。第22页/共29页第二十三页，共29页。特性特性(txng)曲线曲线：重要重要(zhngyo)特特性：性： 利用这一特性可在一定变形范

16、围内保持载荷的恒定。例如利用这一特性可在一定变形范围内保持载荷的恒定。例如在精密仪器中，可利用碟形弹簧使轴承在精密仪器中，可利用碟形弹簧使轴承(zhuchng)端面的摩擦端面的摩擦力不受温度变化的影响；在密封垫圈中利用这一特性使密封性力不受温度变化的影响；在密封垫圈中利用这一特性使密封性能不受温度的影响。能不受温度的影响。呈非线性，变形取决于比值呈非线性，变形取决于比值h/t变化。变化。当当 时，中间一段接近于水平。时，中间一段接近于水平。2h t 第23页/共29页第二十四页，共29页。碟形弹簧组合碟形弹簧组合(zh)形形式：式：（1）对合式）对合式(h sh)组合弹组合弹簧簧变形变形(bi

17、n xng)量增加，承载力不变。量增加，承载力不变。 由于簧片之间存在摩擦损失，导致加载和由于簧片之间存在摩擦损失，导致加载和卸载特性曲线不一样。卸载特性曲线不一样。阴影面积阴影面积 吸振能力吸振能力摩擦消耗的能量摩擦消耗的能量阴影面积代表损失的能量阴影面积代表损失的能量第24页/共29页第二十五页，共29页。（3）复合式弹簧）复合式弹簧(tnhung)（2）叠合式组合）叠合式组合(zh)弹弹簧簧摩擦摩擦(mc)阻尼大，特阻尼大，特别适用于缓冲和吸振别适用于缓冲和吸振在变形量不变时，在变形量不变时，承载力大大增加承载力大大增加 。可同时增加变形量和承载能力可同时增加变形量和承载能力第25页/共

18、29页第二十六页，共29页。碟形组合弹簧碟形组合弹簧(tnhung)优优点：点：变形量小、承载能力大、在受载方向空间变形量小、承载能力大、在受载方向空间(kngjin)尺寸小。尺寸小。碟形组合弹簧碟形组合弹簧(tnhung)用途：用途： 常用作重型机械、飞机等的强力缓冲弹簧，以及在离合器常用作重型机械、飞机等的强力缓冲弹簧，以及在离合器、减压阀、密封圈、自动控制机构中获得了广泛地应用。、减压阀、密封圈、自动控制机构中获得了广泛地应用。碟形组合弹簧缺点：碟形组合弹簧缺点： 用作高精度控制弹簧时，对材料和制造工艺（加工精度、热处用作高精度控制弹簧时，对材料和制造工艺（加工精度、热处理）要求较严，制

19、造困难。理）要求较严，制造困难。第26页/共29页第二十七页，共29页。3. 异形弹簧异形弹簧如沙发如沙发(shf)弹簧（腰鼓弹簧（腰鼓形）形）沙发沙发(shf)弹簧的特点：弹簧的特点：沙发沙发(shf)弹簧的优弹簧的优点：点：（1）F小时变形小小时变形小（2）F大时变形也小大时变形也小（1）不管胖瘦轻重，坐时感觉相似；）不管胖瘦轻重，坐时感觉相似；（2）叠起后，最小高度小，即最大变形大；）叠起后，最小高度小，即最大变形大；（3）支承面大，比较稳定，不会出现凹凸不平的）支承面大，比较稳定，不会出现凹凸不平的情况。情况。第27页/共29页第二十八页，共29页。第28页/共29页第二十九页，共29页。