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1、第20章 彈 簧20.1 概 述20.1.1 彈簧的功用與類型1彈簧的主要功用彈簧的主要功用有:l 緩沖和減振。如汽車、火車車箱下的減振彈簧,各種緩沖器的緩沖彈簧等;l 控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。如內(nèi)燃機(jī)中的閥門彈簧,離合器中的控制彈簧等;l 儲存及輸出能量。如鐘表彈簧、槍閂彈簧等;l 測量力的大小。如彈簧秤,測力器中的彈簧等。2彈簧的類型表201 彈簧的主要類型特點(diǎn)及應(yīng)用類型承載形式簡 圖特 點(diǎn) 及 應(yīng) 用螺旋彈簧圓柱形壓縮剛度穩(wěn)定結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,應(yīng)用最廣拉伸扭轉(zhuǎn)在各種裝置中用于壓緊,儲能或傳遞轉(zhuǎn)矩圓錐形壓縮 結(jié)構(gòu)緊湊,穩(wěn)定性好,剛度隨載荷增大而增大,多用需要隨較大載荷和減速振的場合類 型承載方式

2、簡 圖特 點(diǎn) 及 應(yīng) 用其他彈簧蝶形彈簧壓縮 剛度大,緩沖吸振能力強(qiáng),適用于載荷很大而彈簧的軸向尺寸受限制的場合,如常用作重型機(jī)械、大炮等的緩沖和減振彈簧環(huán)形彈簧壓縮 能吸收較多能量,有很高的緩沖和吸振能力,常用作重型車輛和飛機(jī)起落架等的緩沖彈簧盤簧扭轉(zhuǎn) 變形角大,能儲存的能量大,軸向尺寸較水,多用于鐘表、儀器中的儲能彈簧板彈簧彎曲 緩沖和減振性能好,主要用作汽車、拖拉機(jī)、火車車輛等懸掛裝置中的緩沖和減振彈簧20.1.2 彈簧的材料與制造1彈簧的材料和許用應(yīng)力彈簧在工作中常受交變和沖擊載荷,又要求有較大的變形,所以彈簧材料應(yīng)具有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限和疲勞強(qiáng)度。在工藝上要有一定的淬透性、不易脫

3、碳,表面質(zhì)量好。常用彈簧材料的機(jī)械性能及用途見表202和表203。2彈簧的制造螺旋彈簧的制造工藝過程包括:卷制、掛鉤的制作和端面的精加工、熱處理和工藝性能試驗(yàn)。大量生產(chǎn)時,是在萬能自動卷簧機(jī)上卷制;單位及小批生產(chǎn)時,則在普通車床或手工制作。彈簧絲直徑小于或等于8mm時,常用冷卷法,卷前熱處理,卷后要低溫回火。直徑大于8mm時,采用熱卷(熱卷溫度8001000)法,熱卷后經(jīng)淬火和中溫火處理,彈簧成形后要進(jìn)行表面檢驗(yàn),表面應(yīng)光潔、無傷痕、無脫碳行等缺陷,受變載荷的彈簧,還須經(jīng)噴丸等表面處理,以提高彈簧的疲勞壽命。20.2 圓柱螺旋彈簧設(shè)計 20.2.1 彈簧的端部結(jié)構(gòu)壓縮彈簧除參加變形的有效圈數(shù)n

4、次外,為了使壓縮彈簧工作時受力均勻,保證彈簧中心線垂直于端面,彈簧兩端各有3/47/4圈并緊起支承作用,工作時不參一變形,故稱為死圈或支承圈。支承圈端面與彈簧座接觸,最常見的端部結(jié)構(gòu)有并緊磨平的YI型、并緊不磨平的Y型、并緊不磨平的Y型兩種,如圖20-1所示。在重要場合應(yīng)采用YI型,以保證兩支承端面與彈簧的軸線垂直,從而使彈簧受壓力時不致歪斜。端部磨平部分的長度不少于3/4圈,簧絲末端厚度一般為d/4(d為鋼絲直徑)。20.2.2 彈簧的特性曲線、應(yīng)力及變形1彈簧的特性曲線彈簧在彈性范圍內(nèi)工作時,其變形量隨載荷的變化而改變,表示彈簧工作過程中所受載荷與變形量之間關(guān)系的曲線,稱為彈簧的特性曲線。

5、特性典線給設(shè)計彈簧時的力分析提供了方便,同時也是彈簧質(zhì)量檢驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)的重要依據(jù)。在彈性范圍內(nèi)工作的等節(jié)距圓柱螺旋彈簧,其載荷與變形成正比,故特性曲線為一條直線。彈簧受最大工作載荷F2時,彈簧絲內(nèi)的應(yīng)力不得超過彈簧材料的許用應(yīng)力。隨極限載荷FS時,應(yīng)力不得超剪切彈性極限,以免出現(xiàn)塑性變形,故對FS有一定限制:類彈簧FS=1.25F2;、類彈簧FS= F2。最小載荷F1一般?。?.10.5)F2。2彈簧的應(yīng)力由截面法分析,得知彈簧絲截面受剪力。F及扭矩T=FD/2,扭矩引起的剪應(yīng)力為若考慮剪力F引起剪應(yīng)力的影響和彈簧絲呈螺旋狀曲率影響,最大剪應(yīng)力發(fā)生在彈簧內(nèi)側(cè)圖20-4(b),其數(shù)值與強(qiáng)度條件應(yīng)為() 在式()中,以彈簧的最大工作載荷代替,便可得到按強(qiáng)度條件計算彈簧鋼絲直徑公式 ,()拉伸彈簧強(qiáng)度計算方式與壓縮彈簧相同。3彈簧的變形由材料力學(xué)可知,彈簧受軸向載荷F后產(chǎn)生的變形量為,()設(shè)計時按最大工作載荷F2和相應(yīng)的變形量F2,利用式(17-3)可求出彈簧所需的有效圈數(shù)()式中G彈簧材料的剪切彈性模量,鋼:80000為了制造方便,當(dāng)n20圈則應(yīng)取n為0.5的倍數(shù);當(dāng)n20圈應(yīng)取n為整數(shù)。最少有效圈數(shù)為圈,一般不少于3圈。4彈簧的剛度彈簧載荷與對應(yīng)變形的經(jīng)值稱為彈簧風(fēng)度,用k表示,由式(17-3)可得()由式(20-5)可知為常數(shù),即載荷與變形成直線

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