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弹簧的功用和类型

日期:2019-10-22 04:49 来源: 弹簧

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  第18章 弹 簧 §18-1 弹簧的功用和类型 §18-2 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 §18-3 弹簧的制造、材料和许用应力 §18-4 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计 §18-5 其他弹簧简介 §18-1 弹簧的功用和类型 工作特点:弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形, 在机械设备中被广泛用作弹性元件。 功用: 1. 控制机构运动或零件的位置; 如凸轮机构、离合器、阀门等; 2. 缓冲吸振; 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧; 3. 存储能量; 如钟表仪器中的弹簧; 4. 测量力的大小 。如弹簧秤中的弹簧 圆柱形 类型: 按形状分 截锥形 螺旋 拉伸弹簧 弹簧 按受载分 压缩弹簧 分类 扭转弹簧 按形状分 分类 螺旋弹簧 按受载分 环形弹簧 碟形弹簧 平面涡圈弹簧 仪表中储能用 板弹簧 圆柱形 截锥形 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 本章内容 §18-2 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 一、弹簧的应力 ?剪切力:F ? FD2 已知条件如图。截面受力: ? 扭矩:T ? ? 2 ? 4F F D2 2 8 FD 2 T 剪切应力:? ? W ? ?d 3 16 ? ?d 3 剪切应力:? ? ?d 2 T D2 F 8FD2 4 F 8 FD2 ? ? ? ?? ? 3 ? 2 ? 3 ? d ?d ?d F ? d ? ?1 ? ? 2 D 2 ? ? τ” 弹 τ τ ’’ τ 簧 τ” 轴 线 设计:潘存云 α 设计:潘存云 设计:潘存云 T F F T F D2 /2 令 D2 C? d 8FC ? 0.5 ? 截面总切应力: ? ? 2 ?1 ? ? ?d ? C ? C----旋绕比,或弹簧指数。 精确分析可得如下公式: 强度条件:? ? K 其中 8 FC ? [? ] 2 ?d 4C ? 1 0.615 K ? ? 4C ? 4 C ττ ”” τ ’ τ τ ’τ 未考虑簧丝 曲率的应力 设计公式: d ? 1.6 KFC [? ] ----弹簧的曲度系数 其实质是一个修正系数,其值可直接查表下表可得 K 设计:潘存云 设计:潘存云 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 曲度系数 C=D2 /2 20 二、弹簧的变形 在轴向载荷的作用下,弹簧产生轴向变形λ,取微段分析 2 根据材料力学有关圆柱 D2 8FD2 ds 螺旋弹簧变形的计算公式 d? ? 微段轴向变形量dλ: d? ? 4 G ? d 2 G--材料的切变模量: F G=4×104 Mpa 钢:G=8×104 Mpa, 青铜: F 8 FD ? ? ? d? ? 0 G?d t 2 t 2 4 0 ? ds 3 设计:潘存云 λ T dφ O dλ O’ D2 设计:潘存云 8FD n 8FC n ? ?? Gd Gd n为有效圈数 3 2 4 T F Gd ? Gd k? ? 3 3 8 C n ? 8D2 n 4 C↓ → k↑ C值过小→ 制造困难,内侧应力↑; C值过大→ 弹簧容易颤动。取值范围:C=4~16 §18-3 弹簧的制造、材料和许用应力 设计:潘存云 一、弹簧的制造 制造过程:卷绕、端面加 工(压簧)或拉钩制作(拉 簧或扭簧)、热处理和工 艺性试验。 冷卷:d10 mm → 低温回火,消除应力 热卷:d≥ 10 mm → 淬火、回火 经强压处理可提高承载能力。 二、弹簧的材料 要求:高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、 塑性和良好的热处理性能。 材料:优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢、有色金属合金。 强压处理:将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限, 并保持一定时间后卸载,使簧丝表面层产生与工作应 力相反的残余应力,受载时可抵消一部分工作应力。 碳素弹簧钢:含碳量在0.6~0.9%之间,如65、70、85 优点:容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的强 度,适宜的韧性和塑性。 缺点:当d12 mm,不易淬透,故仅适用于小尺寸的 弹簧。 合金弹簧钢:硅锰钢、铬钒钢。 优点:适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高 的弹簧。 有色金属合金:硅青铜、锡青铜、铍青铜。 选用原则: 充分考虑载荷条件(载荷的大小及性质、工作温度和 周围介质的情况)、功用及经济性等因素。一般应优 先采用碳素碳簧钢丝。 三、弹簧的许用应力 弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、 弹簧的工作条件和重要程度,以及簧丝的尺寸等 弹簧按载荷分为三类: I类弹簧: 受变载荷作用次数106,或很重要的弹簧。 II类弹簧:受变载荷作用次数在103 ~ 105 ,或受冲击 载荷的弹 簧,或受静载荷的重要弹簧。 III类弹簧:受变载荷作用次数在103 ,或受静载荷的 弹簧。 表18—1 螺旋弹簧的常用材料和许用应力 材 名 称 料 许用切应力 / MPa [τI] [τII] [τIII] 牌号 Ⅰ类弹簧 Ⅱ类弹簧 Ⅲ类弹簧 温度℃ 0.4σB 640 0.5σB 800 –40~120 推荐使用 推荐硬度 特性及用途 范围 强度高,性能好, 但尺寸大了不易淬 透,只适用于小弹 簧。 碳素弹簧 钢丝Ⅰ, 65、70 0.3σB Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 60Si1Mn 480 弹性和回火稳定性 –40~200 45~50HRC 好,易脱碳,用于 制造受重载的弹簧。 有高的疲劳极限, 弹性、淬透性和回 火稳定性好,常用 于承受变载的弹簧 合金弹 簧钢丝 50CrVA 450 600 750 –40~210 45~50HRC 4Cr13 青铜丝 450 600 750 耐腐蚀,耐高温, –40~300 48~53HRC 适用于做较大的 弹簧 QSi3-1 QSn4-3 270 270 360 360 450 450 –40~120 90~10

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