第16章-机械设计-弹簧.ppt
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1、PPT PPT 文档演模板 文档演模板 Office Office PPT PPT20 五月 2023第16章_机械设计-弹簧工作特点:弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形,在机械设备中被广泛用作弹性元件。功用:1.控制机构运动或零件的位置;如凸轮机构、离合器、阀门等;16-1弹簧的功用和类型 3.存储能量;如钟表仪器中的弹簧;4.测量力的大小;如弹簧秤中的弹簧螺旋弹簧 圆柱形 截锥形 按形状分 按受载分 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 5.改变系统的自振频率。分类2.缓冲吸振;如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧;中国地质大学专用 作者:潘存云教授 本章内容分类螺旋弹簧 圆柱形 截锥形 按形状分 按
2、受载分 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 环形弹簧 平面涡圈弹簧 仪表中储能用板弹簧 碟形弹簧 潘存云教授研制 潘存云教授研制 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 16-2圆柱螺旋弹簧的结构、制造方法、材料及许用应力一、圆柱螺旋弹簧的结构形式压缩弹簧在自由状态下,各圈之间留有一定间距。潘存云教授研制支承圈或死圈两端有3/45/4圈并紧,以使弹簧站立平直,这部分不参与变形。不磨平磨平端部磨平重要弹簧端部不磨平 一般用途磨平长度不小于3/4 圈,端部厚度近似为d/4d/4压缩弹簧的总圈数:n1=n+(1.52.5)为使工作平稳,n1的尾数取1/2变形用n为有效圈数1.圆柱螺旋压缩弹簧 中国地质大学专用
3、 作者:潘存云教授 潘存云教授研制2.拉伸弹簧(1)各圈相互并紧=0;(2)制作完成后具有初拉力;(3)端部做有拉钩,以便安装 和加载。拉钩形式:半圆钩环型、圆钩环型、转钩、可调转钩。潘存云教授研制改进后的结构拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。潘存云教授研制特点:结构简单、制造容易、但弯曲应力大。应用于中小载荷与不重要的场合。特点:弯曲应力小。适用于变载荷的场,但成本较高。中国地质大学专用 作者:潘存云教授 二、弹簧的制造制造过程: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。潘存云教授研制冷卷:d10 mm热卷:d 10 mm,卷制温度:8001000 低温回火,消
4、除应力 淬火、回火 经强压处理可提高承载能力 强压处理: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,受载时可抵消一部分工作应力。对于重要压缩弹簧,为了保证承载面与轴线垂直,端部应磨平 拉伸弹簧,为了便于联接与加载,两端制有拉构,工艺试验包括:耐冲击、疲劳等试验 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 三、弹簧的材料及许用应力要求:高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能。材料:优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢、有色金属合金。1.弹簧的材料 碳素弹簧钢:含碳量在0.6%0.9%之间,如65、70、85合金弹簧钢:硅锰钢、铬钒钢。
5、有色金属合金:硅青铜、锡青铜、铍青铜。优点: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。缺点:当d12 mm,不易淬透,故仅适用于小尺寸的 弹簧。优点:适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高 的弹簧。中国地质大学专用 作者:潘存云教授 选用原则:充分考虑载荷条件(载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况)、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素碳簧钢丝。2.弹簧的许用应力弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、弹簧的工作条件和重要程度,以及簧丝的尺寸等弹簧按载荷分为三类:I类弹簧:受变载荷作用次数106,或很重要的弹簧。II类弹簧:受变载荷作用次数在103
6、 105,或受冲击 载荷的弹 簧,或受静载荷的重要弹簧。III类弹簧:受变载荷作用次数在103,或受静载荷 的弹簧。中国地质大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制表16-1螺旋弹簧的常用材料和许用应力材 料名 称牌号65、70 0.3B 0.4B 0.5B 40120 碳素弹簧钢丝,60Si1Mn 480 640 800 40200 4550HRC合金弹簧钢丝 类弹簧I青铜丝 类弹簧II 类弹簧III推荐使用温度/推荐硬度范围 特性及用途 强度高,性能好,但尺寸大了不易淬透,只适用于小弹簧 50CrV A 450 600 750 40210 4550HRC 4Cr13 450 600 75
7、0 40300 4853HRC QSi3-1 270 360 450 QSn4-3 270 360 45040120 90100HBS弹性和回火稳定性好,易脱碳,用于制造受重载的弹簧有高的疲劳极限,弹性、淬透性和回火稳定性好,常用于承受变载的弹簧耐腐蚀,耐高温,适用于做较大的弹簧耐腐蚀,防磁好许用切应力/MPa 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制组 别III、IIaIII钢丝直径 d/mm0.2 0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 8.02700 2700 2650 2600 2500 2400 220
8、0 2000 1800 1700 1650 1600 1500 1500 1450 2250 2250 2200 2150 2050 1950 1850 1800 1650 1650 1550 1500 1400 1400 1350 12501750 1750 1700 2170 1650 1550 1450 1400 1300 1300 1200 1150 1150 1100 1350 1250表16-2碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 节距:t=d+max 最大变形量。F2为最大载荷通常 t(0.30.5)D2,=59间距:max0.8n螺旋升角:弹簧丝的展开
9、长度:D2 n1cosL=tD2=tan-1自由高度:H0=n+(n1+1)d两端并紧不磨平结构:潘存云教授研制HsHsD2H0=n+(n1-0.5)d对于两端并紧磨平结构并紧高度:Hs=(n1+1)d(n1-0.5)d一、几何尺寸计算 maxF2 潘存云教授研制H0t16-3拉伸(压缩)弹簧的设计计算 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 表16-3圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算 潘存云教授研制计算公式 压缩弹簧 拉伸弹簧 参数名称及代号中径D D=Cd 取标准值 压缩弹簧厂细比b b=H0/D2 b在15.3的范围选取自由高度或长度H0有效圈数n备 注Lh为钩环展开长度两端并紧,磨平;H0pn+(
10、1.52)d两端并紧,不磨平;H0pn+(33.5)dGd8(Fmax-F0)n=-max mm内径D1 D1=D-d 旋绕比C C=D/d 外径D2 D2=D+d H0=nd+HhHn=H0+n Hn=H0+n n 工作变形量 n2有预应力的拉伸弹簧压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧工作高度或长度H1 H1 H1Gd8FmaxC3n=-max 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制续表16-4圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算 计算公式 压缩弹簧 拉伸弹簧 参数名称及代号总圈数n1节距 p p=(0.280.5)D p=d 轴向间距=p-d展开长度L螺旋角 质量ms备 注拉伸弹簧n1尾数为1/4
11、、1/2、3/4、整圈,推荐用1/2圈Lh为钩环展开长度对压缩螺旋弹簧,推荐用=5 9 为材料的密度,对各种钢,=7700kg/m3;对铍青铜,=8100kg/m3 n1=n冷卷:n1=n+(22.5)YII型热卷:n1=n+(1.52)Dn1cosL=-=tan-1(p/D)LDn+Lh d24ms=-L mm 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 二、弹簧的特性曲线特性曲线 载荷-变形曲线压缩弹簧的特性曲线F1.压缩弹簧的特性曲线F1F2 潘存云教授研制Flim 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 arctgk最小工作载荷:Fmin=(0.10.5)Fmax最大工作载荷 Fmax在Fmax的
12、作用下,max弹簧在安装位置所受压力,它能使弹簧可靠地稳定在安装位置上。极限载荷 Flimlim Emaxmin0压缩弹簧的特性曲线F最小变形 min对应的变形max极限变形 lim0.8n 保证不并紧弹簧刚度弹簧势能 E 一般取 Fmax 0.8Flim FminFmax 潘存云教授研制Flim H0自由高度 H1 H2 HlimFminFmaxFlim 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 2.拉伸弹簧的特性曲线 F(1)没有预应力 特性曲线通过坐标原点FminFminFmaxFmax 潘存云教授研制FlimFlimminFminmaxFmaxlimFlim 中国地质大学专用 作者:潘存云教
13、授 minFminmaxFmaxFlimlim特性曲线不通过坐标原点。FF0F0F02.拉伸弹簧的特性曲线(2)有预应力 若工作载荷小于克服预应力所需的初拉力F0,则弹簧不会变形;只有当FF0时弹簧才开始变形。FminFminFmaxFmax 潘存云教授研制FlimFlim 中国地质大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制D2/2 潘存云教授研制AABBM=Tsin F 故截面BB上的载荷可近似取为:FFF“弹簧受轴向载荷F时,作用在轴向截面AA上的有扭矩 T=FD2/2轴向力 F 在法面BB上的力有横向力 F 轴向力 F 弯矩 M=Tsin扭矩=59 sin0,cos1扭矩 T=FD2/2
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- 16 机械设计 弹簧
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