第18章-彈簧PPT課件

1、彈簧：是一般種彈性元件彈簧：是一般種彈性元件, ,具有多次重復(fù)地隨外載荷具有多次重復(fù)地隨外載荷的大小而作相應(yīng)的彈性變的大小而作相應(yīng)的彈性變形形, ,卸載后又能立即恢復(fù)卸載后又能立即恢復(fù)原狀的特性。原狀的特性。1. 彈簧的功用彈簧的功用（1）存儲能量）存儲能量;（2）吸收振動）吸收振動;（3）機械零件位置及作）機械零件位置及作用力的控制用力的控制;（4）測力彈簧。）測力彈簧。18.1 彈簧的功用和類型彈簧的功用和類型第1頁/共29頁2. 彈簧的類型彈簧的類型按受載分按受載分: :拉伸彈簧拉伸彈簧壓縮彈簧壓縮彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧彎曲彈簧彎曲彈簧第2頁/共29頁按形狀分按形狀分: : 螺旋彈簧、板彈

2、簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、盤簧、空氣螺旋彈簧、板彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、盤簧、空氣彈簧、橡膠彈簧等。彈簧、橡膠彈簧等。第3頁/共29頁18.2 材料與制造材料與制造 彈簧的材料彈簧的材料 （1）高疲勞強度）高疲勞強度 ；（；（2）高彈性極限；）高彈性極限； （3）高沖擊韌）高沖擊韌性（防止突然斷裂）性（防止突然斷裂） ；（；（4）很好的熱處理性能。）很好的熱處理性能。材料要求材料要求（一般認(rèn)為受脈動載荷，即脈動應(yīng)力）（一般認(rèn)為受脈動載荷，即脈動應(yīng)力）彈簧按載荷分為三類：彈簧按載荷分為三類：II類彈簧：受變載荷作用次數(shù)在類彈簧：受變載荷作用次數(shù)在103 105 ，或受沖擊，或受沖擊 載荷的彈載荷

3、的彈 簧，或受靜載荷的重要彈簧?；?，或受靜載荷的重要彈簧。III類彈簧：受變載荷作用次數(shù)在類彈簧：受變載荷作用次數(shù)在106，或很重要的彈簧。，或很重要的彈簧。第4頁/共29頁選用材料的注意點：選用材料的注意點： （1）使用條件（載荷大小、方向、循環(huán)特性、溫度、工）使用條件（載荷大小、方向、循環(huán)特性、溫度、工作介質(zhì)等）；（作介質(zhì)等）；（2）功用；（）功用；（3）重要程度。）重要程度。一般應(yīng)優(yōu)先一般應(yīng)優(yōu)先采用碳素碳簧鋼絲采用碳素碳簧鋼絲。碳素彈簧鋼碳素彈簧鋼：含碳量在：含碳量在0.60.9%之間，如之間，如65、70、85合金彈簧鋼合金彈簧鋼：硅錳鋼、鉻釩鋼。：硅錳鋼、鉻釩鋼。 有色金屬合金有色金

4、屬合金：硅青銅、錫青銅、鈹青銅。：硅青銅、錫青銅、鈹青銅。 應(yīng)用于受力較小又要求防腐蝕、防磁的場合。應(yīng)用于受力較小又要求防腐蝕、防磁的場合。 優(yōu)點優(yōu)點：容易獲得、價格便宜、熱處理后具有較高的強度，：容易獲得、價格便宜、熱處理后具有較高的強度， 適宜的韌性和塑性。適宜的韌性和塑性。缺點缺點：當(dāng)：當(dāng)d12 mm，不易淬透，故僅適用于小尺寸的彈簧。，不易淬透，故僅適用于小尺寸的彈簧。優(yōu)點優(yōu)點：適用于承受變載荷、沖擊載荷或工作溫度較高的彈簧。：適用于承受變載荷、沖擊載荷或工作溫度較高的彈簧。常用材料及其使用性能（表常用材料及其使用性能（表18-1）第5頁/共29頁制造過程：制造過程：表面要求：表面要求

5、： 彈簧的制造彈簧的制造強壓處理：強壓處理：d8mm 熱卷制：加熱熱卷制：加熱卷制卷制淬火淬火回火回火 d8mm 冷卷制：卷制冷卷制：卷制低溫回火低溫回火光潔、無裂紋、無傷痕光潔、無裂紋、無傷痕 卷繞、端面加工（壓簧）或拉鉤制作（拉簧或扭簧）、卷繞、端面加工（壓簧）或拉鉤制作（拉簧或扭簧）、熱處理和工藝性試驗。熱處理和工藝性試驗。 將彈簧預(yù)先壓縮到超過材料的屈服極限，并保持一定時將彈簧預(yù)先壓縮到超過材料的屈服極限，并保持一定時間后卸載，使簧絲表面層產(chǎn)生與工作應(yīng)力相反的殘余應(yīng)力，間后卸載，使簧絲表面層產(chǎn)生與工作應(yīng)力相反的殘余應(yīng)力，受載時可抵消一部分工作應(yīng)力。受載時可抵消一部分工作應(yīng)力。 經(jīng)強壓處

6、理可提高承載能力。經(jīng)強壓處理可提高承載能力。第6頁/共29頁18.3 彈簧工作原理彈簧工作原理特性曲線特性曲線四種典型類型四種典型類型彈簧載荷與變形之間的關(guān)系曲線稱為彈簧的特性曲線。彈簧載荷與變形之間的關(guān)系曲線稱為彈簧的特性曲線。第7頁/共29頁第8頁/共29頁彈簧剛度彈簧剛度TddTcFddFcT變剛度變剛度變剛度變剛度定剛度定剛度定剛度定剛度 受變載荷或沖擊載荷時，最好將彈簧設(shè)計成變剛度，受變載荷或沖擊載荷時，最好將彈簧設(shè)計成變剛度，隨著載荷的增加彈簧剛度將越來越大。隨著載荷的增加彈簧剛度將越來越大。等效彈簧等效彈簧 使用單個彈簧不能滿足載荷、位移等要求時，可使用單個彈簧不能滿足載荷、位移

7、等要求時，可以采用組合彈簧（串聯(lián)、并聯(lián)）。以采用組合彈簧（串聯(lián)、并聯(lián)）。第9頁/共29頁彈簧的變形能與阻尼彈簧的變形能與阻尼無摩擦，能無摩擦，能量無損耗量無損耗有外部摩擦，有外部摩擦，消耗能量消耗能量如環(huán)形、蝶形、如環(huán)形、蝶形、板彈簧板彈簧有內(nèi)部摩擦，有內(nèi)部摩擦，消耗能量消耗能量如非金屬材料如非金屬材料制彈簧制彈簧如圓柱螺旋彈簧如圓柱螺旋彈簧阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)0PPEE第10頁/共29頁第11頁/共29頁強度計算強度計算簧絲受力分析簧絲受力分析切向力切向力法向力法向力扭扭 矩矩彎彎 矩矩彈簧指數(shù)（旋繞比）彈簧指數(shù)（旋繞比）dDC/2其中其中D2為彈簧中徑，為彈簧中徑，d為簧絲直徑為簧絲直徑C大，

8、彈簧剛度小，易發(fā)生抖動大，彈簧剛度小，易發(fā)生抖動C小，加工困難，簧絲內(nèi)外側(cè)應(yīng)力懸殊，剛度大，材料利用率低小，加工困難，簧絲內(nèi)外側(cè)應(yīng)力懸殊，剛度大，材料利用率低0sincos0sincosFRMFRFRTFFFFFNQ18.4 圓柱螺旋壓縮彈簧圓柱螺旋壓縮彈簧第12頁/共29頁6 . 1615. 0441481max21321maxTTCkFdCdDCCCkdFDk強度條件：強度條件：（1）d 應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)直徑應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)直徑（2）選定）選定d，查取，查取T，再，再 計算計算d，比較，差距大，比較，差距大， 重新計算重新計算（3）C在計算前應(yīng)事先假定，在計算前應(yīng)事先假定， 一般一般 C = 5 8注

9、意：注意：目的：確定彈簧直徑目的：確定彈簧直徑D2和彈簧絲直徑和彈簧絲直徑d第13頁/共29頁剛度計算剛度計算ds弧段上兩端截面的弧段上兩端截面的相對轉(zhuǎn)角為相對轉(zhuǎn)角為dFRTdsGITdP兩端截面的軸向位移為兩端截面的軸向位移為dsGIFRDdDdP2222積分后得積分后得4328GdnFD變換上式變換上式3248FDdGn彈簧剛度為彈簧剛度為nCGdFc38目的：確定彈簧的圈數(shù)目的：確定彈簧的圈數(shù)n第14頁/共29頁壓縮彈簧的穩(wěn)定性問題壓縮彈簧的穩(wěn)定性問題一般一般H0/D235時不會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象時不會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象取值與端部固取值與端部固定方式有關(guān)定方式有關(guān)均為回轉(zhuǎn)端時均為回轉(zhuǎn)端時2.6均為固

10、定端時均為固定端時5.3一端固定，一端回轉(zhuǎn)時一端固定，一端回轉(zhuǎn)時3.7解決措施：解決措施：（1）加導(dǎo)向桿）加導(dǎo)向桿（2）加導(dǎo)向套）加導(dǎo)向套（3）端面加工與軸心線垂直）端面加工與軸心線垂直 （要求較高）（要求較高）第15頁/共29頁壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸壓縮彈簧在自由狀態(tài)下，各壓縮彈簧在自由狀態(tài)下，各圈之間留有一定間距圈之間留有一定間距 。支承圈或死圈：兩端有支承圈或死圈：兩端有3/45/4圈并緊，以使彈簧站圈并緊，以使彈簧站立平直，這部分不參與變形。立平直，這部分不參與變形。端部磨平端部磨平-重要彈簧重要彈簧端部不磨平端部不磨平- 一般用途一般用途壓縮彈簧的端部結(jié)構(gòu)壓縮彈簧的端部

11、結(jié)構(gòu)第16頁/共29頁壓縮彈簧自由長度壓縮彈簧自由長度H0壓縮彈簧的總?cè)?shù)：壓縮彈簧的總?cè)?shù)：n1 = n+(1.52.5) n為有效圈數(shù)為有效圈數(shù)為使工作平穩(wěn)，為使工作平穩(wěn)，n1的尾數(shù)取的尾數(shù)取1/2H0=n+(n1+1)dH0=n+(n1-0.5)d對于兩端并緊磨平結(jié)構(gòu)對于兩端并緊磨平結(jié)構(gòu)兩端并緊不磨平結(jié)構(gòu)：兩端并緊不磨平結(jié)構(gòu)：第17頁/共29頁拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)特點：拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)特點：a) 各圈相互并緊各圈相互并緊=0； b) 制作完成后具有初拉力；制作完成后具有初拉力；c) 端部做有拉鉤，以便安端部做有拉鉤，以便安裝和加載。裝和加載。拉鉤形式：半圓鉤環(huán)型、圓拉鉤形式：半圓鉤環(huán)型、圓鉤環(huán)型

12、、轉(zhuǎn)鉤、可調(diào)轉(zhuǎn)鉤。鉤環(huán)型、轉(zhuǎn)鉤、可調(diào)轉(zhuǎn)鉤。半圓鉤環(huán)型、圓鉤環(huán)型半圓鉤環(huán)型、圓鉤環(huán)型特特點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、但彎曲應(yīng)力大。應(yīng)用于中但彎曲應(yīng)力大。應(yīng)用于中小載荷與不重要的場合。小載荷與不重要的場合。轉(zhuǎn)鉤、可調(diào)轉(zhuǎn)鉤特點：彎轉(zhuǎn)鉤、可調(diào)轉(zhuǎn)鉤特點：彎曲應(yīng)力小。適用于變載荷曲應(yīng)力小。適用于變載荷的場，但成本較高。的場，但成本較高。18.5 圓柱螺旋拉伸彈簧圓柱螺旋拉伸彈簧第18頁/共29頁18.6 扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧 扭轉(zhuǎn)彈簧簧絲中主要受彎矩扭轉(zhuǎn)彈簧簧絲中主要受彎矩M作用，作用，強度計算以彎曲疲勞強度為主。強度計算以彎曲疲勞強度為主。第19頁/共29頁18.7 其他彈簧其他彈簧1.

13、 環(huán)形彈簧環(huán)形彈簧特點：緩沖性能好特點：緩沖性能好第20頁/共29頁第21頁/共29頁2. 碟形彈簧碟形彈簧結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：載荷、變形：載荷、變形：用鋼板沖制而成，外形象碟子。用鋼板沖制而成，外形象碟子。往往將多個組合使用往往將多個組合使用軸向力沿周邊均勻分布、軸向力沿周邊均勻分布、h變小而產(chǎn)生軸向變形。變小而產(chǎn)生軸向變形。第22頁/共29頁特性曲線：特性曲線：重要特性：重要特性： 利用這一特性可在一定變形范圍內(nèi)保持載荷的恒定。利用這一特性可在一定變形范圍內(nèi)保持載荷的恒定。例如在精密儀器中，可利用碟形彈簧使軸承端面的摩擦力例如在精密儀器中，可利用碟形彈簧使軸承端面的摩擦力不受溫度變化的影響

14、；在密封墊圈中利用這一特性使密封不受溫度變化的影響；在密封墊圈中利用這一特性使密封性能不受溫度的影響。性能不受溫度的影響。呈非線性，變形取決于比值呈非線性，變形取決于比值h/t變化。變化。當(dāng)當(dāng) 時，中間一段接近于水平。時，中間一段接近于水平。2h t 第23頁/共29頁碟形彈簧組合形式：碟形彈簧組合形式：（1）對合式組合彈簧）對合式組合彈簧變形量增加，承載力不變。變形量增加，承載力不變。 由于簧片之間存在摩擦損失，導(dǎo)致加載和由于簧片之間存在摩擦損失，導(dǎo)致加載和卸載特性曲線不一樣。卸載特性曲線不一樣。陰影面積陰影面積 吸振能力吸振能力摩擦消耗的能量摩擦消耗的能量陰影面積代表損失的能量陰影面積代表

15、損失的能量第24頁/共29頁（3）復(fù)合式彈簧）復(fù)合式彈簧（2）疊合式組合彈簧）疊合式組合彈簧摩擦阻尼大，特別適摩擦阻尼大，特別適用于緩沖和吸振用于緩沖和吸振在變形量不變時，在變形量不變時，承載力大大增加承載力大大增加 。可同時增加變形量和承載能力可同時增加變形量和承載能力第25頁/共29頁碟形組合彈簧優(yōu)點：碟形組合彈簧優(yōu)點：變形量小、承載能力大、在受載方向空間尺寸小。變形量小、承載能力大、在受載方向空間尺寸小。碟形組合彈簧用途：碟形組合彈簧用途： 常用作重型機械、飛機等的強力緩沖彈簧，以及在離合器、常用作重型機械、飛機等的強力緩沖彈簧，以及在離合器、減壓閥、密封圈、自動控制機構(gòu)中獲得了廣泛地應(yīng)用。減壓閥、密封圈、自動控制機構(gòu)中獲得了廣泛地應(yīng)用。碟形組合彈簧缺點：碟形組合彈簧缺點： 用作高精度控制彈簧時，對材料和制造工藝（加工精度、用作高精度控制彈簧時，對材料和制造工藝（加工精度、熱處理）要求較嚴(yán)，制造困難。熱處理）要求較嚴(yán)，制造困難。第26頁/共29頁3.