弹簧机械设计-16PPT课件

12
t—节距
tH 01.5~2d 两端磨平
n
tH 03~3.5d 两端不磨平
n
H0—自由高度
H 0 t n 1 . 5 ~ 2 d 两端磨平
H 0 t n 3 ~ 3 . 5 d 两端不磨平
b—压缩弹簧细长比 b H 0 D2
Hale Waihona Puke —螺旋角 arctg t D2b在1~5.3范围取
结构尺寸：
d —弹簧直径，（关键尺寸）d, 强度。 D2 —中径 D2 =C d C —弹簧指数 C = D2 / d D —外径 D = D2 +d D1 —内径 D1 = D2 – d —轴向间隙 =t–d n —工作圈数（有效圈数） n2
n1 —总圈数 n1=n+(2~2. 5) 冷卷 n1=n+(1. 5~2) YI型热卷，推荐n1尾数为1/2圈
一般为右旋, 推荐=5~9
13
L—展开长度 LD2n1 cos
m s质量 m s 4 d2L r
特性曲线： 为保证弹簧具有弹性，即不产 生永久变形，弹簧应在弹性极 限内工作。
特性曲线—表示载荷P与变形 的关系曲线.
即 kp P常数
14
Pmin—最小工作载荷（使弹簧可靠地安装），亦称 安装载荷。一般 Pmin=(0.1~0.5) Pmax
15
特性曲线：
i. 必须画在弹簧工作图上，
作为检验和试验的依据。
ii. 弹簧设计时，必须利用
kp
P
的关系。
2、拉伸弹簧
拉伸弹簧空载时各圈相互并 紧（即=0）。端部制有挂 钩，以便安装及加载。
16
17
挂钩形式： LI、LII 型：制造方便，但过渡处弯曲应力很大。 广泛应用于d10mm的弹簧中。 LⅦ、Ⅷ 型：结构合理，弯曲应力小。 用于受力较大的弹簧。 几何参数： 主要参数： d，D2=C d，n=n1 其它参数： D，D1， =0，t=d，H0，，L
4、铬钒钢（如 50CrVA）
7
钢中加入钒的目的是细化组织，提高钢的强度和韧 性,该材料耐疲劳,抗冲击性能良好, 能在 –40~350 C 下工作，但价格较贵。 用于航空发动机，如柱塞油泵弹簧。
5、其它材料 不锈钢、青铜：防腐、防磁、导电性（用于化工设 备、腐蚀性介质中）。 弹簧材料的许用应力：载荷性质不同、重要性不同， 则安全系数亦不同。
5
6
2、低锰弹簧钢（如 65Mn） 优点：淬透性好，强度高，价格便宜。用于尺寸 不大的一般机械的弹簧。 缺点：淬火后易产生裂纹及热脆性。
3、硅锰弹簧钢（如 60Si2Mn） 钢中加入了硅可显著提高弹性极限，提高回火稳 定性，但含硅量高时，表面易于脱碳，而锰的脱 碳性小，故钢中加入硅、锰这两种元素。 用于制造汽车、拖拉机的螺旋弹簧。
Pmax—最大工作载荷（达到或接近许用应力值）。 Plim —极限载荷（达到材料的弹性极限）。 H1、 H2、 H3—三种载荷下对应的弹簧高度。 min、max、lim —三种载荷下对应的 压缩变形量。 h—弹簧的工作行程 h= max–min
k p P m m i iP m m n n a a P l lx x i i m m P m h a P m x iH n 0 P m H 1 i n
16-2 螺旋弹簧的制造、材料及许用应力 一、制造
螺旋弹簧的卷制方法：分为冷卷、热卷两种。 1、冷卷法：d<(8~10)mm的碳素弹簧钢丝（经预 先热处理后的冷拉钢丝）。冷卷—低温回（消除 内应力） 2、热卷法：d>(8~10)mm的碳素弹簧钢丝或合金 钢丝（太硬）。 热卷—淬火—回火 强压处理：一般可提高承载能力20 。 喷丸处理：变载荷弹簧可提高承载能力30~50 ， 提高使用寿命2~2.5倍。
2、测量力的大小：弹簧称； 3、贮存及输出能量：钟表、仪表弹簧； 4、控制机构的运动：安全阀、离合器。
1
二、弹簧的类型 1、按承受的载荷不同分：拉伸、压缩、扭转、弯曲； 2、按形状不同分：螺旋、环形、碟形、盘簧、板簧。 最常用的为圆柱形螺旋弹簧。本章仅介绍该弹簧的结 构形式、设计理论和计算方法。
2
第十六章 弹 簧 弹簧是内燃机设计中常遇到的一种弹性元件。 例：气门弹簧，主离合器弹簧，制动器，气动、液 压装置的各种控制阀（压力阀、电磁阀、安全阀） 弹簧等。要求掌握弹簧的设计方法。
16-1 弹簧的功用和类型 一、弹簧的功用 弹簧特点：刚性小、弹性大。（受力后得到很大的 弹性变形，外力消失后，变形即消失，能恢复原 状1、。减）振和缓冲：车身弹簧、缓冲器弹簧；
3
工艺试验：按技术要求进行精度、冲击、疲劳试 验。 注意：簧丝表面必须光洁，无裂纹、伤痕，表面 脱碳，否则会影响材料的疲劳强度和抗冲击性能。
二、材料及许用应力 要求：弹性极限、疲劳极限高，具有足够的韧性 和塑性，可热处理性好。
常用弹簧材料：
4
1、碳素弹簧钢 分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅳ 四组，Ⅰ组强度高，Ⅱa比 Ⅱ有更好的塑性。 优点：价格便宜，材料来源方便。 缺点：弹性极限低，多次重复变形后易失去弹性， 不能在高于120 C条件下工作。
18
特性曲线： 无初应力的拉伸弹簧： 特性曲线同压缩弹簧。
有初应力的拉伸弹簧： 当承受载荷时，首先 要克服假想变形量 x， 弹簧才开始伸长。 一般取 P0=(0.75~0.85)Pmin
19
二、螺旋弹簧受载时的应力及变形 1、应力
一、几何参数及特性曲线 1、压缩弹簧
死圈：弹簧端部只起支承 作用，不参与变形的圈。
当n(工作圈数) 7时，为 0.75圈；n>7时，为1~1.75 圈（每端） 按端部结构分： Y Ⅰ ：并紧并磨平。 Y Ⅱ ：并紧，锻平（热卷）
亦可磨平。 Y Ⅲ ：并紧不磨平。
10
11
重要场合： YⅠ型，保证垂直。 一般：d0.5mm可不磨平， d>0.5mm可磨平。 磨平长度 3/4 圈，端头厚度 d/8，端面光洁度 3
分成三类：
Ⅰ类：受变载荷作用次数在106以上的重要弹簧。 （气门弹簧、制动弹簧）
8
Ⅱ类：受变载荷作用次数在103~ 105以上或受冲击 载荷的弹簧。（调速器弹簧、车辆弹簧） Ⅲ类：受变载荷作用次数在103以下（静载荷）的 弹簧。（安全阀弹簧、离合器弹簧）
9
16-3 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算