第十一章 弹簧设计.ppt

第十一章弹簧设计一、概述 1. 弹簧的基本类型圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋压缩弹簧截锥螺旋压缩弹簧环形弹簧碟形弹簧圆柱螺旋扭转弹簧涡卷形弹簧板弹簧圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋扭转弹簧截锥螺旋压缩弹簧环形弹簧碟形弹簧涡卷形弹簧板弹簧拉伸压缩扭转弯曲螺旋形其他形状受载 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: 6 10 ?N 承受变载、冲击作用次数 53 10 ~ 10 ?N 承受变载、冲击作用次数 3 10 ?N 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 mm d 10 ? YI 型 YIII 型 LI 型 LII 型 LVII 型 2. 弹簧的几何尺寸簧丝直径 d外径 D内径 1D中径 2D节距 p螺旋升角?压簧自由高度 0H有效圈数 n总圈数 1n 拉簧长度 0H d DC 2?弹簧指数衡量弹簧曲率重要参数 C( 2Dd或) 弹簧软、易变形容易绕制产生颤动、不稳定 16 ~4?C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 0H 未受载受 minF高度 1H变形 min? min max 21??????HHh lim lim max max min min??? F FFk??? max F受 2H高度 max ?变形 limF受 limH高度 lim?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 0H 未受载受 minF高度 1H变形 min? min max 12??????HHh lim lim max max min min??? F FFk??? max F受 2H高度 max ?变形 limF受 limH高度 lim?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 F 0, 当工作载荷大于 F 0时,弹簧才能伸长为产生假想变形量 x 的初拉力 F 0 min max min max lim lim max max min min 0???????????????FFx F x Fx Fx Fk弹簧刚度 lim ? lim ? lim)~(??h 0 minFF?(3) F ?与非线性关系时的特性曲线 k 'k '22DD?上部: d DC 2?小 k变形难(大) 下部: d DC '2 '?大'k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 3 23 28 16 / 2/d FD d FD T?????剪切力 F剪应力 2244/d Fd F F?????转矩 2 2DFT?Kd FD 3 2 max8???CC CK 615 .044 14????)2 11( 8)2 1( 8 3 22 3 2Cd FD D dd FD FT???????????在靠近弹簧轴线的一侧 max ?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; ][ 8 3 2 max max?????Kd DF][ max ? C KF d?(2) 刚度条件外载 F 所做功=弹簧储存变形能??TF2 12 1?由材料力学知 PIG lT??转矩 2 2DFT?极惯性矩 32 4dI P??剪切弹性模量 G 受扭长度 nDl 2?? Gd n FC F T 38????nC Gd Fk 38 ??? max 3 max 388FC Gd kC Gd n ???弹簧变形量: 弹簧刚度: 计算工作圈数: Ckk 应圆整为 的整数倍且大于 2 nn