第十一章彈性元件

第十一章彈性元件第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五0材料的拉伸曲線彈性極限：屈服極限：強度極限：彈性模量：第九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第十三章彈性元件西安工業(yè)大學(xué)光電學(xué)院第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五目錄彈性元件及其特性螺旋彈簧游絲片簧熱雙金屬彈簧其它彈性元件簡介第十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五1.掌握彈性元件的基本特性

2.掌握螺旋彈簧的特性、工作原理及其結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。

3.了解游絲、片簧等彈性元件的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點教學(xué)要求第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五§13-1彈性元件及其特性材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，外力去除后可恢復(fù)其原狀的性能——材料的彈性用材料的彈性性能完成各種功能的零件或部件——彈性元件片簧平面渦卷彈簧（平卷簧）螺旋彈簧壓力彈簧管波紋管膜片測量彈性元件力彈簧按用途分：2.類型：概述

1.定義：第十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五定義：作用在彈性元件上的力、壓力或溫度等與變形量的關(guān)系。00彈性元件的非線性度：特性曲線——用線圖表示的彈性元件的特性彈性元件的基本特性

1.彈性元件的基本特性第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五剛度：作用在彈性元件上的載荷增量與其產(chǎn)生變形增量的比值在變形增量趨于零時的極限。即：當(dāng)彈性元件具有線性特性時：彈性元件（線性特性）并聯(lián)時：各元件柔度之和彈性元件（線性特性）串聯(lián)時：即：各元件剛度之和第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五2.影響彈性元件特性的因素則引起其特性的相對誤差為：通常采用調(diào)整的方法予以消除幾何尺寸參數(shù)的影響：例：片簧第十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五溫度的影響：例：由鈹青銅制成的彈性元件，其，溫度為20℃時，在載荷作用下，元件的變形，求溫度從20℃降到-40℃時，由于溫度變化而引起變形量的絕對誤差。溫度變化引起彈性模量的相對變化為：溫度變化引起其特性的相對誤差為：第十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五解（1）溫度變化引起的變形量的相對誤差：（2）元件變形量的絕對誤差：第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五彈性后效：指載荷改變后，不是立刻完成相應(yīng)的變形，而是在一定的時間間隔中逐漸完成。0ⅠⅡ減少的措施：選用較大的安全系數(shù)，合理地選定結(jié)構(gòu)和元件的聯(lián)結(jié)方法，采用彈性后效和彈性滯后小的材料等。03.彈性元件的彈性缺陷——彈性滯后和彈性后效彈性滯后：指在彈性范圍內(nèi)，加載與去載時特性曲線不重合的現(xiàn)象。第十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五螺旋彈簧的分類種類：§13-2螺旋彈簧按其外形分：圓柱形彈簧圓錐形彈簧其它形狀的彈簧（如鼓形）圓柱形螺旋彈簧的型式根據(jù)載荷作用方式拉伸彈簧（L）壓縮彈簧（Y）扭轉(zhuǎn)彈簧（N）第二十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五彈簧材料要求：具有高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性和良好的熱處理性能。常用材料：鋼、有色金屬、非金屬（橡膠）選擇：應(yīng)考慮到彈簧的用途、重要程度、使用條件（包括載荷性質(zhì)、大小及循環(huán)特性，工作持續(xù)時間和工作溫度和周圍介質(zhì)情況等），加工、熱處理和經(jīng)濟性等因素。碳素彈簧鋼絲優(yōu)先選用直徑系列：0.1，0.15，0.2，0.25，0.3，0.35，0.4，0.45，0.5，0.6，1，1.2，1.6，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5，6，8第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五中徑：彈簧絲直徑；內(nèi)徑：外徑：螺旋角：節(jié)距；自由高度；幾何參數(shù)第二十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五1.特性線圓柱拉壓彈簧1.彈簧的最小載荷：等節(jié)距的圓柱螺旋壓縮彈簧的特性曲線為一直線。3.彈簧的極限載荷：2.工作載荷：工作行程：第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五2.強度計算當(dāng)壓縮彈簧承受軸向載荷F的作用時，鋼絲剖面A-A上作用著切向力F和扭矩，A-A剖面呈橢圓形，現(xiàn)取垂直于鋼絲軸線的剖面B-B。第二十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五簧絲的最大剪應(yīng)力為：曲度系數(shù)法向力切向力彎矩轉(zhuǎn)矩第二十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五旋繞比（彈簧指數(shù)）設(shè)計：3.剛度計算彈性特性設(shè)計：剛度第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五4.穩(wěn)定性計算

條件：高徑比第二十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)彈簧兩端固定時，b<5.3；當(dāng)彈簧一端固定，一端可轉(zhuǎn)時，b<3.7；當(dāng)彈簧兩端都可轉(zhuǎn)動時，b<2.6。若高徑比不滿足要求，結(jié)構(gòu)上又不允許加裝導(dǎo)桿或?qū)祝瑒t必須進行穩(wěn)定性計算其臨界穩(wěn)定載荷Fc——臨界穩(wěn)定載荷

CB——不穩(wěn)定系數(shù)

——彈簧剛度第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五5.結(jié)構(gòu)尺寸的計算死圈：壓縮彈簧兩端各有0.75~1.25圈與彈簧座相接觸。其端面垂直于彈簧軸線。壓縮彈簧在最大載荷下應(yīng)留有少量間隙第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五6.許用應(yīng)力

彈簧材料的許用應(yīng)力與彈簧的受載循環(huán)次數(shù)有關(guān)，主要根據(jù)彈簧的工作條件（例如載荷性質(zhì)、工作環(huán)境和工作穩(wěn)定等）、重要程度等因素決定。

按彈簧的工作特點和重要程度分

Ⅰ類動載荷，且極重要的彈簧

Ⅱ類靜載荷或載荷均勻的增加的彈簧

Ⅲ類不重要的彈簧

按彈簧承受載荷的性質(zhì)分

Ⅰ類工作時交變載荷作用次數(shù)在106次以上

Ⅱ類受交變載荷在103～105次以及受沖擊載荷

Ⅲ類受交變載荷次數(shù)在103以下第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五螺旋彈簧的設(shè)計計算（一）壓縮彈簧和拉伸彈簧的設(shè)計計算根據(jù)彈簧的安裝空間，選定彈簧的幾何尺寸。（、 等）；計算旋繞比和曲度系數(shù)確定材料的強度極限和許用應(yīng)力；校核彈簧絲的直徑；計算工作極限載荷計算初應(yīng)力：計算彈簧的有效圈數(shù)；壓縮彈簧：第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五

計算彈簧的剛度；確定彈簧節(jié)距；確定自由高度；確定彈簧工作中的變形和高度；計算其他幾何尺寸和參數(shù)；穩(wěn)定性校核；繪制零件工作圖。拉伸彈簧：壓縮彈簧：拉伸彈簧：第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五例：設(shè)計一普通圓柱螺旋拉伸彈簧。已知該彈簧在一般載荷條件下工作，并要求中徑，外徑。當(dāng)彈簧拉伸變形量時，拉力；拉伸變形量時，拉力。解：初定彈簧尺寸估取彈簧絲直徑為：3.5，3，2.5旋繞比為：5.14，6，7.2曲度系數(shù)為：1.3，1.25，1.21彈簧在一般載荷條件下工作，可以按第Ⅲ類彈簧考慮。②

彈簧絲的抗拉極限分別為：1200，1250，1300許用應(yīng)力分別為：600，625，650第三十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五校核彈簧絲直徑：分別為：3.23，3.14，3.07計算初應(yīng)力：初拉力則初應(yīng)力為：分別為：74.6條件為：則可選3.5第三十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五確定彈簧的有效圈數(shù)：取兩端均為整圓鉤環(huán)，則確定彈簧節(jié)距確定彈簧自由高度其它尺寸參數(shù)（略）繪制零件工作圖（略）第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五（二）扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計計算最大彎矩應(yīng)力轉(zhuǎn)角圈數(shù)曲度系數(shù)許用應(yīng)力慣性矩第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五作業(yè)

設(shè)計一具有預(yù)應(yīng)力的圓柱螺旋拉伸彈簧。已知：彈簧中徑，外徑。要求：當(dāng)彈簧變形量為時，拉力為；變形量為時，拉力。第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五游絲的種類、要求和材料種類：測量游絲接觸游絲要求：實現(xiàn)給定的彈性特性；滯后和后效現(xiàn)象??；特性不隨溫度變化而變化；具有好的防磁性和抗蝕性；重心位于幾何中心，圈間距離相等，在工作中沒有碰圈現(xiàn)象；若兼作導(dǎo)電元件時，材料應(yīng)有較小的電阻系數(shù)。材料：錫青銅、恒彈性合金§13-3游絲螺旋線在一個平面內(nèi)的彈簧。第四十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五游絲的結(jié)構(gòu)游絲的外端通常采用可拆聯(lián)接游絲的內(nèi)端常用鉚接。游絲在長期使用過程中會產(chǎn)生剩余變形，因此游絲的初始位置或剛度需要調(diào)整。第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五游絲的特性其中：橫截面的慣性矩。游絲的設(shè)計（GB12159-90）可根據(jù)給定的條件直接選用原始數(shù)據(jù)為：游絲力矩和游絲轉(zhuǎn)角用途和安裝空間第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五圈數(shù)：轉(zhuǎn)角時，圈數(shù)取10～14；轉(zhuǎn)角時，圈數(shù)取5～10。寬厚比：確定游絲的長度L（圈數(shù)n）、厚度h、寬度b1.按結(jié)構(gòu)條件初定游絲長度L：2.按特性條件確定游絲寬度b和厚度h：第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五3.按強度條件校驗最大應(yīng)力：4.確定游絲的長度，圈數(shù)和圈間距離：對于彈性滯后和彈性后效要求高的游絲，寬厚比應(yīng)取大。為8～15。對于在振動條件下工作的游絲，寬厚比應(yīng)取小。對于彈性滯后和彈性后效要求不高的游絲，寬厚比應(yīng)取大。為4～8。許用應(yīng)力第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五例：已知游絲的材料為錫青銅，彈性模量，抗拉強度極限，要求游絲的外徑，內(nèi)徑，承受的最大力矩，對應(yīng)的游絲的轉(zhuǎn)角。試確定該游絲的厚度，寬度，長度及圈數(shù)。解：初選圈數(shù)選取寬厚比計算游絲長度第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五計算游絲的厚度計算游絲的寬度校核最大應(yīng)力取安全系數(shù)則許用應(yīng)力計算同時盤繞的游絲個數(shù)第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五§13-4片簧分類與用途按外形分直片簧彎片簧按截面形狀分等截面片簧變截面片簧按剛度變化分等剛度片簧變剛度片簧按安裝情況分有初應(yīng)力片簧無初應(yīng)力片簧第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五用途用片簧作為加力元件，如壓緊零件用片簧作為彈簧觸點，如繼電器用片簧做彈性導(dǎo)軌，彈性支承。第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五結(jié)構(gòu)和種類0變剛度有初應(yīng)力和無初應(yīng)力第四十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期五§13-5熱雙金屬彈簧

用具有不同線膨脹系數(shù)的兩個薄金屬片焊接而成。線膨脹系數(shù)高的一層叫主動層，低的一層叫做從動層。材料要求：主、被動層材料的線膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能大；彈性模量應(yīng)接近；良好的機械性能；焊接容易。第五