弹簧

8 CF ≤ [τ ] 2 πd
以此确定弹簧d和 以此确定弹簧 和D2
弹簧的刚度计算-----确定弹簧圈的数目 四、弹簧的刚度计算 确定弹簧圈的数目
1、弹簧的变形 、
3 8 FD2 n 8 FC 3 n λ= = Gd 4 Gd
1）对于压缩弹簧和无初应力的拉伸弹簧 ） 2）对于有初应力的拉伸弹簧 ） 2、弹簧刚度和圈数 、
dT 扭转弹簧 kϕ = dϕ
F BD A C
弹簧特性线呈直线的， 弹簧特性线呈直线的，其刚度为 常数，称为定刚度弹簧； 常数，称为定刚度弹簧； 定刚度弹簧 当特性线呈折线或曲线时， 当特性线呈折线或曲线时，其刚 度是变化的，称为变刚度弹簧。 度是变化的，称为变刚度弹簧。 变刚度弹簧 常见弹簧的种类及特性曲线
弹
簧
一、弹簧的功用
（1）缓冲及吸振 ） （2）储存能量 ）
（3）控制机构的运动或 ） 零件的位置
（4）测量力和力矩 ）
二、弹簧的类型
按受力性质分为：压缩弹簧、拉伸弹簧、 按受力性质分为：压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧 按外形可分为：螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧 按外形可分为：螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、
圆柱螺旋压缩（拉伸） 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算
d/4 p H0 α δ1 d D1 D2 D (3/4)d δ
一、基本参数及其选择
圆柱螺旋弹簧的主要参数有： 圆柱螺旋弹簧的主要参数有： 弹簧丝直径d 弹簧丝直径 ，表8－4、 － 、 弹簧圈外径D、 弹簧圈外径 、 内径D 内径 1、 中径D 中径 2、 弹簧节距p 弹簧节距 、 螺旋升角α（ ）： 螺旋升角 （ψ）：5 0～9 0、 弹簧指数C（旋绕比），表 － 弹簧指数 （旋绕比），表8－5 ），
圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线
T
Tlim
Tmax Tmin
ϕmin ϕmax ϕlim
ϕ
扭转弹簧的特性如左图，呈螺旋形，两端带有杆臂或挂钩， 扭转弹簧的特性如左图，呈螺旋形，两端带有杆臂或挂钩， 自由状态下，各弹簧圈间留有少量间隙。 自由状态下，各弹簧圈间留有少量间隙。扭转弹簧的特性线见 右图。 右图。
k= F
λmax
8 Fmax C 3 n = Gd
λmax
8( Fmax − F0 )C 3n = Gd
λ
=
Gd 8C 3 n
1）对于压缩弹簧和无初应力的拉伸弹簧 ） 2）对于有初应力的拉伸弹簧 ）
n=
n=
Gd λ 3 max 8 Fmax C
Gd λ 3 max 8( Fmax − F0 )C
结论： 越小 刚度越大，弹簧越硬， 越小， 结论：C越小，刚度越大，弹簧越硬，卷制越难 C越大，刚度越小，卷制容易 但弹簧应力增大 越大， 越大 刚度越小，卷制容易,
制造工艺 ： 1）卷制 ） 冷卷法:弹簧丝直径较小， 冷卷法:弹簧丝直径较小，低温回火 热卷法:弹簧丝直径较大， 热卷法:弹簧丝直径较大，淬火及回火
2）挂钩的制作或端面圈的精加工 ） 3） 热处理 ） 4）工艺试验及强压处理 ）
三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力
1、弹簧的材料 、 弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限， 弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限 ， 足够的韧性和塑 良好的热处理性能。 性，良好的热处理性能。 常用的弹簧材料有： 常用的弹簧材料有： 碳素弹簧钢: 碳素弹簧钢 如60、75、65Mn等 、 、 等 合金弹簧钢: 合金弹簧钢 如60Si2MnA、 50Cr-VA 、 不锈钢:如 不锈钢 如1Cr18Ni9 铜合金: 铜合金 如QBe2 非金属: 如橡胶、 非金属 如橡胶、塑料 2、弹簧的许用应力 、 弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关， － 弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关，表8－2
τmax=KτΣ τΣ=τF+τT τT τF B−B
m
n
结论： 结论： 1）弹簧最大切应力发生在弹簧丝剖面内侧m点 ）弹簧最大切应力发生在弹簧丝剖面内侧 点 2）弹簧最大切应力值 ） K——曲度系数 曲度系数
τ max
K=
8 CF =K πd 2
4C − 1 0.615 + 4C − 4 C
3）弹簧强度条件： τ max = K ）弹簧强度条件：
3、弹簧的稳定性验算 、 压缩弹簧的自由高度H 与中径D 之比称为长细比， 压缩弹簧的自由高度 0与中径 2之比称为长细比，以b 表示 b = H 0
D2
当弹簧两端固定时， 当弹簧两端固定时，b<5.3；当弹簧一端固定，一端可 ；当弹簧一端固定， 转时， 转时，b<3.7；当弹簧两端都可转动时，b<2.6。 ；当弹簧两端都可转动时， 。 若长细比不满足要求，结构上又不允许加装导杆或 若长细比不满足要求，结构上又不允许加装导杆或 导套，则必须进行稳定性计算其临界稳定载荷 导套， Fc=Cu k H0 Fc——临界稳定载荷 临界稳定载荷 Cu——不稳定系数 图8－7 不稳定系数,图 － 不稳定系数 k ——弹簧刚度 弹簧刚度 为保证弹簧的稳定性必须满足F 为保证弹簧的稳定性必须满足 c ≥ Fmax
F
D2/2
B
F D2 2
α
F D2/2
F D2 2
T'' N
M A
Q F B
T=F D2 2
m d
n 剖面 -B B
A
F
F
2、弹簧应力 、 B-B剖面上弹簧应力： 剖面上弹簧应力： 剖面上弹簧应力
τΣ = τ F +τT =
4F FD 2 / 2 + π d 2 π d 3 / 16 4F 2 D2 4F = (1 + )= (1 + 2 C ) 2 2 d πd πd
D2 C= d
二、弹簧特性线 1. 压缩弹簧
预紧力F 预紧力 1: 弹簧的最小载荷 相应变形为λ 相应变形为 1 Fmax:弹簧所承受的最大工作载荷 弹簧所承受的最大工作载荷 此时，弹簧高度压缩到H 此时，弹簧高度压缩到 2 相应变形为λ 相应变形为 max 弹簧的工作行程λ 弹簧的工作行程 0 : λmax与λ1之差或 2与H1之差 之差或H
F A
载 加
F
碟形弹簧又称别氏弹簧，弹簧呈截锥形碟形，只能承受轴向 碟形弹簧又称别氏弹簧，弹簧呈截锥形碟形， 载荷，如上图。 载荷，如上图。碟形弹簧的特性曲线如下图
B
卸载
O
C
λ
碟形弹簧一般成组使用。碟形弹簧的组合方式有两种， 碟形弹簧一般成组使用。碟形弹簧的组合方式有两种， 如左图——对合式碟形弹簧，右图 对合式碟形弹簧， 如左图 对合式碟形弹簧 右图——叠合式碟形弹簧 叠合式碟形弹簧
并 紧不 平端 磨
并 磨平 紧 端
2、拉伸弹簧 、 如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态， 如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此 时弹簧各圈应互相并拢。 时弹簧各圈应互相并拢。拉伸弹簧分无初拉力和有初拉 力两种。 力两种。
H0 p
D D2 D1 d
拉伸弹簧的端部结构形 式
二、圆柱螺旋弹簧的制造
二、圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算
圆柱螺旋扭转弹簧钢丝剖面中的应力， 圆柱螺旋扭转弹簧钢丝剖面中的应力 ， 可近似地看作弯曲梁 进行计算 K ′M max K ′Tmax σb = = ≤ [σ ]b
W W
扭转弹簧曲度系数 K´ ´
K′ =
4C − 1 4C − 4
K ′Tmax d′ ≥ 3 0.1[σ ]b
二、环形弹簧
自由状 态
F
工作状态
λ
F
H1
A
H
O
D1 D0
卸载
C λmax
FB
载 加
Fmax λ
B
环形弹簧的特性曲线图
环形弹簧是由若干具有配合锥面的内、 环形弹簧是由若干具有配合锥面的内、外圆环相互叠合 而组成的一种压缩弹簧，如左图。 而组成的一种压缩弹簧，如左图。
三、碟形弹簧
F t θ h d λ D
最大扭转角 扭转刚度 工作圈数
ϕ max =
kϕ =
πTmax D2 n
EI
Tmax
ϕmax
=
EI πD2n
EIϕ max EI n= = πTmax D2 πkϕ D2
其它类型弹簧简介 一、平面蜗卷形盘簧
A T2 b T1 R r1 s平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧， 平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧，它的结构是按阿基米德螺线 形成的，如左图。 形成的，如左图。平面蜗卷形盘簧特性曲线如右图
圆柱螺旋弹簧的结构、 圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料 一、圆柱螺旋弹簧的结构
1、压缩弹簧 、 弹簧两端的端面圈与邻圈并紧， 弹簧两端的端面圈与邻圈并紧，不参 与弹簧变形， 只起支承的作用， 与弹簧变形 ， 只起支承的作用 ， 俗称 死圈。 死圈。
d/4 p H0 α δ1 d D1 D2 D (3/4)d δ
O
δd
p
D1 D2 D H0 H1 H2 F3 F F1 λ1 Fmax U λ2 λmax λ3 H3 λ
F3: 弹簧的极限载荷Flim , λ3为极限变形量
一般要求： 一般要求： Fmax ≤ 0.8F3
2. 拉伸弹簧
三、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算
1、弹簧受力 、 压缩弹簧承受轴向 载荷F的作用 载荷 的作用 钢丝剖面A-A上作 钢丝剖面A-A上作 用着横向力F和扭矩 和扭矩T 用着横向力 和扭矩 现取垂直于钢丝轴 线的剖面B-B 线的剖面
F F
F
F F F
c/2
c/2
F
F
F
圆柱螺旋弹簧
F
环形弹簧
F
λ
λ
圆锥螺旋弹簧
F