第十一章 弹簧设计.ppt

2. 弹簧的功用
吸振、缓冲
完成预定的运动
储存或释放能量
测量力的装置
3. 弹簧的材料
弹簧经常受到交变和冲击载荷
(1) 要求
经久不变的弹力
高的静强度和疲劳强度
耐冲击
良好的塑性变形
热处理性能好
(2) 常用材料
碳素弹簧钢:
适于做小的或要求不高的弹簧
合金弹簧钢;
热处理性能好、用于受载较大的弹簧
不锈钢:
耐腐蚀
按载荷性质
弹簧分成三类
I 类:
II 类:
III 类:
承受变载、冲击作用次数
承受变载、冲击作用次数
承受变载或不太重要的弹簧
作用次数
非金属材料(橡胶弹簧等)
二、圆柱螺旋拉、压弹簧的设计
1. 弹簧的结构
(1) 压缩弹簧
两端面圈并紧磨平
支承端面与轴线垂直
LI、LII型:
两端面圈并紧不磨平
(2) 拉伸弹簧
LVII型:
YI型:
YIII型:
挂钩可转任意方向、用于受力较大场合
挂钩过渡处弯曲应力大、簧丝
YI型
YIII型
LI型
LII型
LVII型
2. 弹簧的几何尺寸
簧丝直径
外径
内径
中径
节距
螺旋升角
压簧自由高度
有效圈数
总圈数
拉簧长度
弹簧指数
衡量弹簧曲率重要参数
(
或
)
弹簧软、易变形
容易绕制
产生颤动、不稳定
通常取
或按表选
3. 弹簧的特性曲线
(1) 压缩弹簧
弹簧所受载荷与变形的关系曲线
自由高度
未受载
受
高度
变形
受
高度
变形
受
高度
变形
产生的
产生的应力达到材料剪切弹性极限
工作行程
弹簧刚度
(2) 拉伸弹簧
自由高度
未受载
受
高度
变形
受
高度
变形
受
高度
变形
工作行程
弹簧刚度
无初应力的弹簧
有初应力的弹簧
绕制时各圈间有一定的压紧力,
簧丝中产生一定的预紧力 F0 ,
当工作载荷大于 F0 时,弹簧才能伸长
为产生假想变形量 x 的初拉力 F0
弹簧刚度
(3)
与
非线性关系时的特性曲线
上部:
小
变形难(
大)
下部:
大
变形易(
小)
受载后,下部先压紧,上部再压缩
4. 弹簧的设计准则
满足强度条件
满足刚度条件
满足稳定性条件
满足强度条件
满足刚度条件
拉簧
压簧
强度条件
刚度条件
簧丝直径 d
弹簧圈数 n
稳定性验算
(1) 强度条件
弹簧剖面的应力
叠加后剪切应力最大值
考虑弹簧曲率及螺旋升角的影响最大剪切应力
最大扭剪应力
剪切力
剪应力
转矩
在靠近弹簧
轴线的一侧
簧丝受扭是曲杆受扭
内侧单位长度扭转变形大
曲度系数
强度条件式
校核式:
设计式;
(2) 刚度条件
外载 F 所做功= 弹簧储存变形能
由材料力学知
转矩
极惯性矩
剪切弹性模量
受扭长度
弹簧变形量:
弹簧刚度:
计算工作圈数:

且大于2
(3) 稳定性条件(对压缩弹簧)
两端固定 b<
一端固定一端自由 b<
两端自由 b<
未满足上述要求,则需要进行稳定性验算
临界载荷
不稳定系数
高径比