Transcript 拉伸弹簧

第十六章
弹簧
§16-1 概述
§16-2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力
§16-3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算
§16-1 概述
一、作用：
1、控制机构的运动。如：制动器、离合器中的
控制弹簧。
2、减振和缓冲振动。如：火车车厢下的减振弹
簧。
3、储存及输出能量。如：钟表的弹簧。
4、测量力的大小。如：弹簧秤中的弹簧。
二、分类
• 按承受的载荷分：
拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、弯曲弹簧。
• 按弹簧的形状分：
螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧、盘簧。
§16-2 圆柱螺旋弹簧的结构
制造、材料及许用应力
一、圆柱螺旋弹簧的结构形式
1、圆柱螺旋压缩弹簧
弹簧的节距为P
在自由状态下，各圈之间应有
适当的间隙 , 以便弹簧受压时，
有产生相应变形的可能。
设计时，应考虑在最大载荷的
作用下，各圈之间仍需保留一定
的间隙 1
1  0.1d  0.2mm
端面与邻圈并紧，只起支承作用，不参与变形，称死圈。
弹簧的工作圈 n  7 ，死圈约0.75圈。
弹簧的工作圈 n  7 ，死圈约1~1.75圈
2、圆柱螺旋拉伸弹簧
无预应力的拉伸弹簧和有预应力的拉伸弹簧。
由于有预应力的拉伸弹簧，只有当外加拉力大于初拉
力后，各圈才能分离，故可较无预应力的拉伸弹簧节省轴
向工作空间。
空
载
时
各
圈
应
相
互
并
拢
二、制造
工艺过程：
卷制-------挂钩的制作或端面圈的精加工----热处理--------工艺实验和强压处理。
三、弹簧材料及许用应力
弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳
极限，同时具有足够的韧性和塑性以及良好
的可热处理性。
碳素弹簧钢:适于做小的或要求不高的弹簧
合金弹簧钢:热处理性能好、用于受载较大的弹簧
不锈钢：耐腐蚀
§ 16-3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的
设计计算
一、几何参数计算
外径D2
内径D1
簧丝直径d
节距P
螺旋升角α
压簧自由高度H0
拉簧长度H0
有效圈数n
中径D
弹簧所受载荷与变形的关系曲线
二、特性曲线
压缩弹簧
F
F
Fmax
h  max  lim
Fmin
min
max
Flim
 lim

Fmin
min
压缩弹簧:

Fmax
max
 const
Fmin  (0.1 ~ 0.5) Fmax
有预应力的拉伸弹簧:
Fmin  F0
Fmax  0.8Flim
拉伸弹簧
(A)无初应力的弹簧
未受载
→
自由高度H0
受Pmin
→
高度H1
变形λmin
受Pmax
→
高度H2
变形λmax
受Plim
→
高度Hlim
变形λlim
工作行程 h＝H2－H1＝λmax－λmin
弹簧刚度 k=Pmin/λmin=Pmax/λmax=Plim/λlim
(B）有初应力的弹簧
注意：绕制时各圈间有一定
的压紧力，簧丝中产生一定
的预紧力P0，当工作载荷大
于 P0 时，弹簧才能伸长
弹簧刚度
三、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧受载时的应力及变形
•
  5  9 
Sin  0
cos   1
    F T
F
FD / 2
 2  3
d / 4 d / 16
4F
2D
 2 (1 
)
d
d
4F
 2 (1  2C )
d
弹簧指数（旋绕比）：
C=4~16
8 FC
  2
d
C=D/d
常用值为C=5~8
8FC
 K 2
d
1  2C  2C
4C  1 0.615
K

4C  4
C
最大应力及强度条件：
  K T  K
8FC
  
2
d
τmax在靠近弹簧轴线的一侧
弹簧受载后变形量：
8FD3 n 8FC 3 n


4
Gd
Gd
压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧 最大轴向
变形量:
 max
8FmaxC 3 n

Gd
有预应力的拉伸弹簧的最大轴向变形
 max
8( Fmax  F0 )C 3 n

Gd
F0 
d 3 0 '
8KD
Gd 4
弹簧刚度: k F  

3
 8C n 8D 3 n
F
Gd
四、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计
拉簧
满足强度条件
满足刚度条件
压簧
满足强度条件
满足刚度条件
强度条件
——→ 簧丝直径 d
刚度条件
——→ 弹簧圈数 n
稳定性验算
(1) 强度条件：
校核式：
设计式：
  K T  K
8FC
  
2
d
满足稳定性条件
(2) 刚度条件：
弹簧变形量：
弹簧刚度：
计算工作圈数 ：
(3) 稳定性条件(对压缩弹簧)：
长径比