径,工作圈数,弹簧的螺旋升角和长度等四,圆柱螺旋扭转弹簧的设计步骤计算步骤:1选择弹簧材料及许用应力,以及扭簧的结构形式;3根据安装空间初设弹簧中径D,由C值估取弹簧丝直径d,并查取弹簧丝

　　16-1弹簧概述16-2圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力16-5其它弹簧简介16-3圆柱螺旋拉压弹簧的设计计算16-4圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算工作特点：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：控制机构运动或零件的位置;16-1弹簧的功用和类型螺旋弹簧圆柱形截锥形按形状分拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧改变系统的自振频率。分类缓冲吸振;分类螺旋弹簧圆柱形截锥形按形状分拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧环形弹簧平面涡圈弹簧板弹簧碟形弹簧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δ支承圈或死圈----两端有3/4~5/4圈并紧，以使弹簧站立平直，这部分不参与变形。端部磨平----重要弹簧端部不磨平----一般用途不磨平磨平压缩弹簧的总圈数：n1n+(1.5~2.5)为使工作平稳，n1的尾数取1/21、圆柱螺旋压缩弹簧端部做有拉钩，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。改进后的结构拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。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。冷卷：d10mm10mm，卷制温度：800~1000淬火、回火经强压处理可提必威平台 必威官方首页高承载能力。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。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。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d12mm，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。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103105，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。λmax--最大变形量。通常t(0.3~0.5)D2λmax0.8n螺旋升角：弹簧丝的展开长度:πD2n1cosαπD2α=arctg自由高度:H0=nδ+(n1+1)d两端并紧不磨平结构：H0=nδ+(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)d16-3拉伸(压缩)弹簧的设计计算一、几何尺寸计算弹簧的特性曲线特性曲线、压缩弹簧的特性曲线最小工作载荷:Fmin=（0.1~0.5）Fmax最大工作载荷---Fmax在Fmax的作用下，τmax[τ极限载荷---Flim最小变形---λmin对应的变形---λmax极限变形---λlim0.8nδ弹簧刚度：弹簧势能一般取：Fmax0.8Flim2、拉伸弹簧的特性曲线、拉伸弹簧的特性曲线b)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。故截面B-B上的载荷可近似取为：弹簧受轴向载荷F时，作用在轴向截面A-A上的力有：扭矩：T=FD2/2轴向力：弯矩：M=Tsinα扭矩：扭矩：T’=FD2/2=Fcosα=FsinαT’=Tcosα横向力：F三、弹簧受载时的应力与变形1、簧丝受力分析截面受力：剪切应力：2、弹簧的应力扭切应力：合成应力：C----旋绕比，或弹簧指数。由于0.5/C远小于1，故由F引起的剪切应力可忽略。若考虑螺旋升角和簧丝曲率对应力集中的影响，实际应力分布与理论分析有差别。D(min)0.2~0.40.45~11.1~2.22.5~67~1618~42C=D2/d7~145~125~10表16-6常用旋绕比C实践证明：弹簧内侧m点最容易产生破坏。----弹簧的曲度系数引入系数K来补偿螺旋升角和簧丝曲率的影响，得：3、弹簧的变形微段轴向变形量dλ：C值过小制造困难，内侧应力；常用值：C=5~8C值过大弹簧容易颤动。D2钢：G=8104Mpa,青铜：G=4104Mpa弹簧的最大变形量：1）对于压缩弹簧和无预应力拉伸弹簧：2）对于有预应力的拉伸弹簧：拉伸弹簧的初拉力取决于材料、簧丝直径、旋绕比和加工方法。可按右图选取。四、弹簧设计计算步骤设计要求：有足够的强度符合载荷---变形曲线的要求（刚度要求）不发生侧弯(失稳)已知条件：最大工作载荷Fmax和相应的变形λmax，其它要求（如工作温度、安装空间的限制等）计算步骤：1)选择弹簧材料及结构形式；3)根据安装空间初设弹簧中径D，由C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力；4)试算簧丝直径：根据变形条件求出弹簧工作圈数：对于有预应力的拉伸弹簧：对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧：验算：强度验算振动验算稳定性验算强度校核：D2a)疲劳强度校核F1--安装载荷；λ1—预压变形量；F2—最大载荷；λ2—最大变形量；强度条件：当弹簧的设计计算及材力学性能数据精确性高时，取：SF=1.3~1.7；当精确性低时，取：SF=1.8~2.2。b)静强度校核强度条件：当弹簧的设计计算及材力学性能数据精确性高时，取：SS=1.3~1.7；当精确性低时，取：SS=1.8~2.2。振动验算对于承受变载荷的弹簧，当加载频率很高时，容易引起弹簧的谐振而导致弹簧破坏。因此要进行振动验算，以保证工作频率远低于基本自振频率。圆柱螺旋弹簧的基本自必威平台 必威官方首页振频率为：将kF和mS代入后，可得：其中弹簧刚度：弹簧质量系数：为避免弹簧发生严重振动，要求：当不能满足以上要求时，应重新设计，增大kF或减小mS。失稳当b大于许用值时，弹簧工作时会弯曲而失稳。5.3两端固定的弹簧3.7一端固定，一端自由转动2.6两端自由转动稳定性验算稳定条件：Fc=CukFH0Fmax其中：Fc--稳定时的临界载荷；Cu—不稳定系数；一端固定一端回转失稳注意：导杆、导套与弹簧之间的间隙不能太大，工作时需加润滑油。内部加装导向杆；或外部加导向套。若FcFmax，则要重新选取参数，以保证弹簧的稳定性。如果受条件限制，不能改变参数时，可采取如下措施：一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构结构:特点：外形和拉压弹簧相似，但承受力矩载荷。16-4圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算扭转弹簧的轴向长度：H0=n(d+δ0)+2Hh n----有效圈数； --轴向间距，一般取δ0=0.1~0.5 mm； d----簧丝直径; 2Hh ----挂钩长度; 二、扭转弹簧的特性曲线 在材料的弹性极限内，扭转弹簧的载荷(扭矩)与变形(转角) ----特性曲线也是呈线性变化。 Tlim 、φlim ----极限工作扭转及极限转角; Tmax 、φmax --最大工作扭转及转角; Tmin 、φmin --最小工作扭转及转角; 一般取：Tmin =(0.1~0.5) Tmax 应用实例：用于压紧和储能，如门的自动复位、电机中保持电刷的接触压力等。强度条件： 扭转变形： W----截面系数 1.25[τ]E----材料弹性模量，I----簧丝截面惯性矩， n----弹簧有效圈数， D2----弹簧中径 三、圆柱螺旋扭转弹簧的计算在扭矩T作用下，簧丝任意截面B-B内的载荷为： 弯矩：M=Tcosα 因为α很小，则可认为扭簧只承受弯矩：M 刚度：1）对于精度高的扭转弹簧，圈与圈之间应留有间隙，以免载荷作用下，因摩擦而影响其特性曲线）扭转弹簧的旋向应与外加力矩一致。弹簧内侧的最大工作应力（压）与卷绕产生的残余应力（拉）反向（抵消），从而提高承载能力。 3）心轴和弹簧内径之间必须留有间隙。避免因D2减小而抱轴。 设计要点： 已知条件：最大工作载荷Fmax和相应的变形λmax，其 它要求（如工作温度、安装空间的限制等） 设计确定：弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧 的螺旋升角和长度等。 四、圆柱螺旋扭转弹簧的设计步骤 计算步骤： 1)选择弹簧材料及许用应力，以及扭簧的结构形式； 3)根据安装空间初设弹簧中径D，由C值估取弹簧丝 直径d，并查取弹簧丝的许用应力； 4)试算簧丝直径d’： ~8，并算出补偿系数K1值；检查尺寸是否合适。 根据变形条件求出弹簧工作圈数：6）计算弹簧丝长度： 16-5 其他弹簧简介 一、碟形弹簧 结构特点：用钢板冲制而成，外形象碟子。 载荷、变形：轴向力沿周边均匀分布、h变小而产生轴向变形。 特性曲线：呈非线性，变形取决于比值h/t变化。 重要特性：当h/t1.5时，中间一段接近于水平。 加载 卸载 碟形弹簧组合形式 对合式组合弹簧---- 变形量增加，承载力不变。 吸振能力复合式弹簧： 叠合式组合弹簧---- 摩擦阻尼大，特别适用于缓冲和吸振 在变形量不变时，承载必威(betway) 必威官网力大大增加 摩擦消耗的能量-----阴影面积可同时增加变形量和承载能力 优点： 变形量小、承载能力大、在受载方向空间尺寸小。 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、减压阀、密封圈、自动控制机构中获得了广泛地应用。 缺点： 用作高精度控制弹簧时，对材料和制造工艺（加工精度、热处理）要求较严，制造困难。 二、环形弹簧 工作原理：在轴向载荷的作用下，内外圆环的接触面之间将产生很大的法向反力，迫使内环直径减小、外环直径加大；当卸载后，由于环的角大于摩擦角，弹簧在弹性内力的作用下复原。 特性曲线：加载曲线与卸载曲线不重合，摩擦耗能大。 应用：因具有很强的缓冲吸振作用，常用于缓冲装置。 结构特点：由若干个带锥面的内外圆环组合而成的一 种压缩弹簧。 特性曲线： 三、平面蜗卷弹簧（发条弹簧） 结构特点：形状呈阿基米德螺线，外端固定在活动构 件上，内端固定在心轴上，截面呈矩形。 作用：积蓄能量，带动活动构件运动，完成机构所需 要的动作。 载荷：外载荷是扭矩，簧丝截面受弯矩。 应用实例：仪表机构的发条及武器的发射弹簧。 由于结构原因，中间段呈直线，两端不是。 四、板弹簧 结构特点：由若干片长度不等，曲率不同的弹簧钢板组合而成。装配后产生初应力，以提高强度。