第12章 彈性元件

第十二章

彈性元件精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)彈性元件：利用材料的彈性性能，完成各種功能的零件或部件。測(cè)力產(chǎn)生振動(dòng)儲(chǔ)存能量緩沖和吸振控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)改變機(jī)械的自振頻率消除空回和配合間隙第一節(jié)概述主要功能一、基本概念和功用按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)

a.片簧b.平面渦卷簧c.螺旋彈簧d.壓力彈簧管e.波紋管f.膜片第一節(jié)概述二、常見(jiàn)彈性元件的分類(lèi)和特點(diǎn)根據(jù)用途

測(cè)量彈簧力彈簧

根據(jù)所承受的載荷

拉伸彈簧壓縮彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧彎曲彈簧根據(jù)使用的彈性材料

金屬?gòu)椈煞墙饘購(gòu)椈桑ㄏ鹉z彈簧等）第一節(jié)概述彈性元件的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、占據(jù)空間小、安裝和固定簡(jiǎn)單、工作可靠。第一節(jié)概述彈簧材料要求

較高的彈性極限和疲勞極限；足夠的韌性和良好的熱處理性能。常用彈簧材料(表13-1)

碳素彈簧鋼合金彈簧鋼有色金屬合金金屬材料橡膠塑料石英陶瓷空氣非金屬材料第一節(jié)概述三、常用彈性元件材料及其特點(diǎn)

四、彈性元件的許用應(yīng)力

與材料種類(lèi)、質(zhì)量、熱處理方法，載荷性質(zhì)、彈絲的尺寸有關(guān)。根據(jù)變載荷的作用次數(shù)以及彈簧的重要程度將彈簧分為三類(lèi)：

Ⅰ類(lèi)——受變載荷作用次數(shù)在106以上或很重要的彈性元件。

Ⅱ類(lèi)——受變載荷作用次數(shù)在103-105以上及受沖擊載荷的彈性元件。

Ⅲ類(lèi)——受變載荷作用次數(shù)在103以下，即基本受靜載荷的彈性元件第一節(jié)概述第二節(jié)彈性元件的基本特性一、彈性元件的基本特性

作用在彈性元件上的力、壓力或溫度等與變形的關(guān)系，稱(chēng)為彈性元件的特性。

＝f(F)(p,t)

特性曲線(xiàn)：直線(xiàn)型、曲線(xiàn)型非線(xiàn)性度：特性曲線(xiàn)與理想直線(xiàn)的最大偏差和彈性元件的最大變形的百分比稱(chēng)為彈性元件特性的非線(xiàn)性度。剛度

對(duì)非線(xiàn)性系統(tǒng)

對(duì)線(xiàn)性系統(tǒng)第二節(jié)彈性元件的基本特性串連系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)（柔度）二、影響彈性元件特性的因素（以圓柱螺旋彈簧為例）由特性解析式得幾何尺寸參數(shù)的影響——可調(diào)整方法予以消除溫度的影響——切變模量、彈性模量的溫度特性彈性滯后和彈性后效的影響——較大安全系數(shù)、合理的結(jié)構(gòu)和元件的聯(lián)接方法、特殊合金等。第二節(jié)彈性元件的基本特性第三節(jié)螺旋彈簧一、螺旋彈簧的功能和種類(lèi)功能

將沿軸線(xiàn)方向的力或垂直于軸線(xiàn)平面內(nèi)的力矩彈簧兩端的相對(duì)位移。圓柱形螺旋彈簧的型式（依載荷作用方式）

—拉伸彈簧（代號(hào)－L型）—壓縮彈簧（代號(hào)－Y型）—扭轉(zhuǎn)彈簧（代號(hào)－N型）圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)任務(wù)

已知：彈簧的最大工作載荷、最大工作變形以及結(jié)構(gòu)和工作條件（如安裝空間、載荷性質(zhì)）

求：彈簧的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)；設(shè)計(jì)中既要保證有足夠的強(qiáng)度，又要符合載荷變形特性曲線(xiàn)的要求，不失穩(wěn)，工作可靠；優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)彈簧。第三節(jié)螺旋彈簧第三節(jié)螺旋彈簧圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)γ二、圓柱螺旋壓縮彈簧特性線(xiàn)強(qiáng)度計(jì)算剛度計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算第三節(jié)螺旋彈簧三、圓柱螺旋拉伸彈簧種類(lèi)無(wú)初拉力有初拉力F0彈簧圈數(shù)拉伸彈簧的端部結(jié)構(gòu)第三節(jié)螺旋彈簧四、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧受轉(zhuǎn)矩T作用后的扭轉(zhuǎn)變形彈簧圈數(shù)第三節(jié)螺旋彈簧第四節(jié)游絲一、游絲的種類(lèi)、要求和材料種類(lèi)：測(cè)量游絲、接觸游絲要求：①能實(shí)現(xiàn)給定彈性特性,誤差小;②滯后和后效現(xiàn)象應(yīng)較小;③特性不隨溫度變化;④具有好的防磁性能和抗蝕性;要求：

⑤游絲的重心應(yīng)位于幾何中心上;⑥游絲的圈間螺距應(yīng)相等,工作中無(wú)碰圈現(xiàn)象;⑦若兼作導(dǎo)電元件時(shí),游絲材料應(yīng)有較小的電阻系數(shù)。材料：錫青銅（QSn4-3）、鈹青銅（Qbe2）、恒彈性合金（Ni42CrTi）、不銹鋼、黃銅、銅鋅鑷合金。第四節(jié)游絲二、游絲的結(jié)構(gòu)——游絲端部的固定方法三、游絲的特性第四節(jié)游絲四、游絲的設(shè)計(jì)

*標(biāo)準(zhǔn)游絲－國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB12159-90）

*非標(biāo)準(zhǔn)游絲－設(shè)計(jì)與計(jì)算

已知：原始數(shù)據(jù)通常為最大（?。┯谓z力矩M2（M1）和最大（?。┯谓z轉(zhuǎn)角2（1），以及游絲的用途和安裝空間。

求：游絲的寬度b、厚度h、長(zhǎng)度L（圈數(shù)n）及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)。第四節(jié)游絲（1）初定游絲圈數(shù)n和游絲寬厚比u(=b/h)（對(duì)標(biāo)準(zhǔn)游絲）

游絲圈數(shù)與總轉(zhuǎn)角有關(guān)，選取以使每圈轉(zhuǎn)角減小為原則。寬厚比選擇以對(duì)滯后和后效的要求為主，兼顧減輕重量和制造工藝。使用條件b/hn電工測(cè)量游絲（工作角約90o)8～155～10機(jī)械表接觸游絲(工作角300o以上)4～810～14手表振蕩條件下使用的游絲3.514左右第四節(jié)游絲(2)按結(jié)構(gòu)條件初定長(zhǎng)度L(3)按特性條件確定寬度b和厚度h(圓整為標(biāo)準(zhǔn)值）(4)按強(qiáng)度條件校驗(yàn)最大應(yīng)力(5)長(zhǎng)度L、圈數(shù)n、圈間距離a第四節(jié)游絲第五節(jié)片簧片簧的分類(lèi)和用途按其外形分：直片簧－a、彎片簧－b、c按其截面形狀分：等截面片簧、變截面片簧按安裝情況分：有初應(yīng)力和無(wú)初應(yīng)力主要用于彈簧工作行程和作用力均不大的情況。直片簧的結(jié)構(gòu)第五節(jié)片簧直片簧的種類(lèi)按截面形狀：等截面、變截面按安裝情況：有初應(yīng)力片簧－a、無(wú)初應(yīng)力片簧－b有初應(yīng)力片簧和無(wú)初應(yīng)力片簧的特性

第五節(jié)片簧第六節(jié)熱雙金屬?gòu)椈山M成：主動(dòng)層、從動(dòng)層應(yīng)用：溫度測(cè)量元件、溫度控制元件、溫度補(bǔ)償元件材料

主動(dòng)層－黃銅、錳鑷合金、鐵鑷鉻、鎳鉬合金

被動(dòng)層－鐵鎳合金第七節(jié)其它彈性元件簡(jiǎn)介彈簧管壓力彈簧管彈簧管截面形狀波紋管膜片、膜盒a)平膜片b)波紋膜片膜盒橡膠彈簧空氣彈簧油氣彈簧異型彈簧元件－形狀記憶合金彈簧－波形彈簧End測(cè)量彈性元件－彈簧秤、壓力表力彈簧－鐘表發(fā)條、棘輪機(jī)構(gòu)中的彈簧彈性滯后現(xiàn)象彈性后效現(xiàn)象圓柱螺旋壓縮彈簧特性線(xiàn)－載荷與變形的關(guān)系等節(jié)距圓柱螺旋彈簧的特性線(xiàn)是一條直線(xiàn)。

最小載荷

F1＝(0.1～0.5)Fmax最大載荷Fmax由工作條件決定，一般Fmax0.8F3。圓柱螺旋壓縮彈簧強(qiáng)度計(jì)算T=FDcosγ/2彈簧絲直徑－試算Mb=FDsinγ/2FQ=FcosγFN=Fsinγ圓柱螺旋壓縮彈簧剛度計(jì)算彈簧特性彈簧的有效圈數(shù)彈簧剛度

圓柱螺旋壓縮彈簧穩(wěn)定性計(jì)算彈簧的失穩(wěn)

高徑比b＝H0/D穩(wěn)定性與彈簧兩端的支承情況有關(guān)

不失穩(wěn)的條件不失穩(wěn)的條件：彈簧兩端固定b<5.3彈簧一端固定，另一端回轉(zhuǎn)b<3.7彈簧兩端回轉(zhuǎn)

b<2.6若b不滿(mǎn)足條件，進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算圓柱螺旋壓縮彈簧若Fmax>FC1.改變b值，使其小于允許值；2.結(jié)構(gòu)保證穩(wěn)定性：a）導(dǎo)桿