机械设计弹簧
机械设计基础第10章弹簧
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2、环形弹簧和碟形弹簧 环形弹簧（图10-2a）和碟形弹簧（图10-2b）都是压缩弹簧，在 工作过程中，其一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上，因此具有很 强的缓冲吸振能力，多用于重型机械的缓冲装置。
3、平面涡卷弹簧
这种弹簧又称盘簧（10-2c），其轴向尺寸很小，常用做仪表和 钟表的储能装置。
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第二节 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的结构、 制造与设计 一、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的结构
1、圆柱螺旋压缩弹簧 如10-4所示，直径为d的弹簧丝，沿 中径D旋绕，旋向为右旋（一般应采 用右旋），螺旋升角α；在自由状态 下，高度为H0，节距为ｔ，各圈之 间有适当的间距δ，以便弹簧受压时 有足够的变形空间，即在最大载荷 作用下，各圈之间仍保留一定的间 距δ1，一般推荐δ1＝0.1d≥0.2mm。
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一、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的结构
为了便于安装和加载，圆柱螺旋拉伸弹簧端部制有挂钩（图 10-6）。ＬⅠ、ＬⅢ型挂钩（图10-6a、b）制造方便，应用很广，但 加载时在挂钩根部的过渡圆角处会产生很大的弯曲应力，所以只适 用于簧丝直径ｄ≤10mm的弹簧。ＬⅦ、ＬⅧ型挂钩（图10-6c、d） 是另外装上去的活动挂钩，所以没有上述缺点，而且挂钩可以绕弹 簧轴线转到任意方向，便于安装。ＬⅦ型挂钩伸出的长度在一定范 围内还可调，故在受力较大的场合，最好采用ＬⅦ型挂钩，但其价 格较贵。对于ＬⅠ、ＬⅢ型拉伸弹簧，总圈数等于有效圈数，即ｎ １＝ｎ。
第一节 弹簧的功用、类型及材料
弹簧是机械设备中广泛应用的一种弹性元件。它是利用材 料的弹性和结构特点，通过变形提供弹性力和储存能量来进行 工作的。
一、弹簧的功用 二、弹簧的类型 三、弹簧的材料及许用应力
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机械设计中的弹簧设计
机械设计中的弹簧设计机械设计中，弹簧是一种常见而重要的元件，它具有存储和释放能量的特性，广泛应用于各种机械系统中。
弹簧设计的合理与否直接影响到机械系统的性能和可靠性。
本文将介绍机械设计中的弹簧设计原理和方法。
一、弹簧的作用和分类弹簧作为机械系统中的重要部件，主要用于以下几个方面：1. 传递和储存能量：弹簧可以通过外力使其变形，并在去除外力后恢复原状，从而实现储存和释放能量的功能。
2. 平衡力和控制力：弹簧可以在机械系统中起到平衡或控制力的作用，使系统保持稳定或按照设计需求进行运动。
根据弹簧的形状和用途，可以将其分为以下几大类：1. 压缩弹簧：压缩弹簧是一种常见的弹簧类型，其通过受到压缩力而变形，并在去除压缩力后恢复原状。
压缩弹簧广泛应用于螺旋弹簧减震器、销轴弹簧等设备中。
2. 张力弹簧：张力弹簧是另一种常见的弹簧类型，其通过受到拉伸力而变形，并在去除拉伸力后恢复原状。
张力弹簧常被应用于张力计量装置、拉力试验机等设备中。
3. 扭转弹簧：扭转弹簧是指通过扭转力矩使其变形，具有储存和释放扭转能量的特点。
扭转弹簧广泛应用于手摇发电机、时钟发条等装置中。
二、弹簧设计的基本原理在机械设计中，弹簧设计的基本原理可概括为以下几点：1. 弹簧刚度的计算：刚度是衡量弹簧硬度和弹性的重要指标，可通过弹簧的几何参数和材料特性来计算。
刚度的大小直接影响到弹簧的变形量和恢复力。
2. 最大应力的考虑：弹簧在工作过程中需要承受一定的应力，为了保证弹簧的工作寿命和可靠性，需要考虑弹簧的最大应力是否超过材料的许用应力。
3. 自由长度的确定：弹簧的自由长度是指弹簧在不受外力约束时的长度。
在弹簧设计中，需要根据实际需求确定弹簧的自由长度，以保证其在工作过程中具有所需的力学特性。
4. 装配与安装方式的选择：弹簧在实际应用中通常需要与其他零部件进行装配和安装。
因此，在弹簧设计过程中，需要考虑适合的装配方式和安装方式，以保证弹簧在工作时能够正常运动并满足设计要求。
机械设计-弹簧
机械设计-弹簧1. 弹簧的基本概念和用途弹簧是一种具有弹性的物体，常用于机械设计中的各种装置和系统中。
它的主要作用是存储和释放能量，为机械装置提供可调节的力和挠度。
在许多机械装置中，弹簧能够起到平衡力、缓冲冲击、保持位置、传递力等重要作用。
2. 弹簧的分类弹簧可以按照其形状、材料和用途进行分类。
2.1 形状分类常见的弹簧形状有压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和扁平弹簧等。
这些弹簧根据其形状和功能的需要，分别应用于不同的机械装置中。
•压缩弹簧：承受压缩载荷，将压力转化为弹性变形。
•拉伸弹簧：承受拉伸载荷，将拉力转化为弹性变形。
•扭转弹簧：承受扭转载荷，将扭矩转化为弹性变形。
•扁平弹簧：形状较宽而薄，在机械装置中提供弹性支撑或稳定功能。
2.2 材料分类弹簧可以根据其材料的特性进行分类，常见的弹簧材料包括钢、合金和橡胶等。
每种材料都有其特定的弹性模量、延展性和耐腐蚀性能，适用于不同的弹簧设计和使用环境。
•钢弹簧：使用普通碳钢、合金钢等材料制成，具有高弹性模量和较高加载能力。
•合金弹簧：使用合金材料制成，具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，并可以调整弹性模量和强度等特性。
•橡胶弹簧：由橡胶材料制成，具有较好的减震和隔振效果，广泛应用于汽车悬架系统等领域。
2.3 用途分类弹簧根据其在机械装置中的使用目的和功能需求，可以进一步进行用途分类。
•平衡弹簧：用于平衡机械装置中的负载，使装置处于平衡状态。
•缓冲弹簧：用于吸收和分散冲击和震动能量，保护装置和零部件免受损坏。
•传感器弹簧：用于测量和传递力量或位移，从而实现精确的控制和调节。
•锁紧弹簧：用于保持部件之间的固定位置，防止因振动和松动而引起的误差。
3. 弹簧的设计和计算弹簧设计和计算是机械设计过程中的重要一环，它涉及到弹簧的形状、尺寸、材料选用和弹性变形等方面的考虑。
以下是弹簧设计和计算的主要内容。
3.1 弹簧刚度与变形弹簧的刚度是指单位变形下所受的力的大小，反映了弹簧的硬度和弹性。
机械设计的弹性元件与弹簧设计
机械设计的弹性元件与弹簧设计机械设计中，弹性元件和弹簧在各种机械系统中起到非常重要的作用。
它们可以提供力量传递和控制、减震和缓冲、保持恒定的接触和间隙等功能。
本文将探讨机械设计中的弹性元件和弹簧设计的相关知识。
一、弹性元件的引言弹性元件是一种能够弯曲、膨胀或扭转以储存和释放能量的元件。
它们广泛应用于各种机械系统中，如汽车悬挂系统、空气压缩机、钢琴等。
弹性元件的设计需要考虑载荷、材料和形状等因素。
二、弹簧的分类弹簧是一种常见的弹性元件，根据其形状和应用可以分为以下几种类型：1. 压缩弹簧：压缩弹簧是最简单的一种形式，其主要作用是通过压缩变形来存储和释放能量。
它们常见于减震器、按钮开关和压力控制装置等。
2. 张力弹簧：张力弹簧是指在拉伸状态下工作的弹簧，常用于吊床、车门和重型机械等。
3. 扭转弹簧：扭转弹簧是通过扭转变形来存储和释放能量的。
它们常见于时钟、玩具和汽车悬挂系统等。
4. 扭簧：扭簧是一种特殊形式的弹簧，常用于旋转机械和复杂运动系统中。
三、弹簧的设计考虑因素在设计弹簧时，需要考虑以下几个因素：1. 载荷：弹簧必须能够承受并适应所需的载荷。
这需要准确计算所需要的刚度和最大变形量。
2. 材料选择：弹簧的材料选择直接影响其性能和寿命。
常用的材料包括钢、不锈钢、合金钢等，选择合适的材料可以提高弹簧的刚度和耐久性。
3. 形状设计：弹簧的形状设计也是关键因素之一。
合适的形状能够提供所需的力学特性，如弹性系数和变形能力。
四、弹性元件的应用案例弹性元件广泛应用于各种机械系统中。
以下是其中一些应用案例：1. 汽车悬挂系统：汽车悬挂系统中使用弹性元件来减震和缓冲车辆运动，提供平稳的驾驶体验。
2. 空气压缩机：空气压缩机中的弹簧用于控制压力和储存能量，确保稳定的压缩和释放过程。
3. 钢琴：钢琴中使用弹簧控制琴键和琴弦之间的连接，使演奏者能够精确控制音符和音量。
五、结论弹性元件和弹簧在机械设计中扮演着重要的角色，它们提供了力量传递、减震、缓冲和保持恒定接触等功能。
工业设计概论 弹簧
工业设计概论弹簧
工业设计概论：弹簧
弹簧作为一种常见的机械零件，在工业设计中扮演着重要的角色。
它的设计不仅关乎产品的性能和功能，还涉及到产品的可靠性和使用寿命。
在工业设计中，弹簧的设计需要考虑多个因素，如材料选择、弹簧形状、弹簧尺寸等。
材料选择是弹簧设计中的关键因素之一。
弹簧的材料通常包括钢、不锈钢、铜等金属材料。
不同的材料具有不同的弹性模量和抗拉强度，因此在选择材料时需要根据弹簧的工作环境和要求进行合理的选择。
例如，对于需要抗腐蚀性能的弹簧，可以选择不锈钢材料；而对于需要高弹性的弹簧，则可以选择弹性较好的钢材料。
弹簧的形状也对其性能产生重要影响。
弹簧的形状多样，常见的包括螺旋弹簧、压缩弹簧、拉伸弹簧等。
不同形状的弹簧适用于不同的工作环境和载荷要求。
例如，螺旋弹簧适用于需要承受扭转力的场合，而压缩弹簧适用于需要承受压缩力的场合。
弹簧尺寸的设计也需要精确把握。
弹簧的尺寸包括直径、长度、圈数等参数，这些参数直接影响弹簧的工作性能和稳定性。
在设计弹簧尺寸时，需要考虑到弹簧的工作环境、承受的载荷以及使用频次等因素，以确保弹簧具有良好的弹性和稳定性。
弹簧作为一种重要的机械零件，在工业设计中具有不可替代的作用。
设计一个合理的弹簧不仅需要考虑材料选择、弹簧形状和尺寸等因素，还需要综合考虑产品的实际使用需求，以确保产品具有良好的性能和可靠性。
只有在工业设计中充分重视弹簧的设计，才能使产品更加出色和可靠。
机械设计手册弹簧设计
机械设计手册弹簧设计
摘要：
1.弹簧设计的基本概念与分类
2.弹簧设计的主要参数与公式
3.弹簧设计的一般流程与方法
4.弹簧设计的应用实例与分析
正文：
一、弹簧设计的基本概念与分类
弹簧设计是机械设计手册中的一个重要组成部分，主要涉及对弹簧的类型、结构、材料等方面的设计。
弹簧根据其形状和功能可以分为多种类型，如螺旋弹簧、圆柱弹簧、平板弹簧等。
每种类型的弹簧都有其独特的应用场景和设计要求。
二、弹簧设计的主要参数与公式
弹簧设计的主要参数包括线径、弹力、自由长度、工作长度等。
在设计过程中，需要根据这些参数选择合适的弹簧材料和结构。
弹簧设计中常用的公式包括弹簧刚度公式、弹簧变形量公式等，通过这些公式可以计算出弹簧在受力情况下的性能参数。
三、弹簧设计的一般流程与方法
弹簧设计的一般流程包括需求分析、参数计算、结构设计、材料选择、性能分析等。
在设计过程中，需要根据实际需求分析弹簧的工作环境、受力情况等，然后根据需求选择合适的弹簧类型和结构。
在材料选择方面，需要根据弹
簧的性能要求选择合适的材料，并进行相应的性能分析。
四、弹簧设计的应用实例与分析
弹簧设计在各种机械设备中都有广泛应用，如在汽车悬挂系统中，弹簧用于缓冲车身与地面之间的冲击；在电子设备中，弹簧用于固定和保护元件等。
通过对这些应用实例的分析，可以更好地了解弹簧设计的实际应用和性能要求。
总之，弹簧设计是机械设计手册中一个重要的领域，需要综合考虑弹簧的类型、结构、材料等因素，以实现良好的性能和应用效果。
机械设计——弹簧机构设计
机械设计——弹簧机构设计弹簧机构是一种常见的机械设计中的重要部件。
它由弹簧和与之配合的其他零件组成，能够将能量储存起来，并在需要时释放出来。
弹簧机构广泛应用于各种机械装置中，包括汽车悬挂系统、钟表发条、射击器械等。
在弹簧机构的设计中，需要考虑的重要因素包括弹簧的选材、弹簧的形状和尺寸、弹簧的预紧力、弹簧的刚度等。
选材是弹簧机构设计中的第一步，需要根据机械装置的工作条件选择合适的弹簧材料，常用的弹簧材料包括钢、铁、铜、合金等。
弹簧的形状和尺寸需要根据机械装置的工作要求来确定，常见的弹簧类型有螺旋弹簧、拉伸弹簧、压缩弹簧等。
弹簧的预紧力是指弹簧在装配过程中受到的初次拉伸或压缩力，需要根据机械装置的要求和弹簧的特性来确定。
预紧力的大小直接影响到弹簧机构的工作效果和寿命，过小的预紧力会导致弹簧工作无效，过大的预紧力则会导致弹簧过早疲劳失效。
弹簧的刚度是指弹簧在受到外力作用时的变形程度，可以通过弹簧的刚度系数来描述。
刚度系数越大，表示弹簧在受到外力作用时变形越小，从而能够提供更大的力矩或扭矩。
刚度系数的选择需要根据机械装置的工作要求来确定，过小的刚度系数会导致机械装置运行不稳定，过大的刚度系数则会导致机械装置运行阻力大，能量损耗大。
在弹簧机构的设计过程中，还需要考虑到弹簧的安全系数和寿命。
安全系数是指弹簧的实际工作强度与设计强度之间的比值，一般建议选择安全系数大于1.5、寿命是指弹簧在一定工作条件下的工作时间，需要根据机械装置的使用频率和要求来确定，一般通过弹簧的疲劳试验来评估。
弹簧机构设计的成功与否直接影响到机械装置的性能和可靠性。
在进行弹簧机构设计时，需要综合考虑机械装置的工作要求、弹簧材料的特性和弹簧的力学特性等因素，合理选择弹簧类型、尺寸和预紧力，并进行弹簧的应力分析和疲劳寿命评估，从而确保弹簧机构的稳定性和可靠性。
总结起来，弹簧机构设计是一项具有挑战性的任务，在设计过程中需要考虑多个因素对机械装置的影响，并进行合理的选择和计算。
机械设计基础机械设计中的弹簧应用与设计
机械设计基础机械设计中的弹簧应用与设计机械设计基础：机械设计中的弹簧应用与设计弹簧是机械设计中常见的零件，它通过自身弹性变形储存和释放能量，起到连接、减震、传动等作用。
在机械系统中，合理地应用和设计弹簧，可以提高系统的性能和可靠性。
本文将从弹簧的基本原理、常见类型和设计要点等方面进行探讨。
1. 弹簧的基本原理弹簧是一种能够储存和释放机械能的元件，具有弹性形变的特性。
当外力作用在弹簧上时，弹簧将发生形变，并产生恢复力，使其返回初始状态。
根据力的作用方向和弹簧的形态，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧和扭转弹簧三种类型。
2. 弹簧的常见类型2.1 拉伸弹簧拉伸弹簧是最常见的弹簧类型，广泛应用于各类机械系统。
它通常以线圈状或螺旋状的形式存在，如拉力试验机中的测力弹簧、扩展门中的拉簧等。
在设计拉伸弹簧时，需要考虑合理的拉伸长度、线径、材料选择等因素，以确保其满足给定的工作要求。
2.2 压缩弹簧压缩弹簧是指在内部受到外部压力时产生形变的弹簧。
它通常具有柱状或圆柱状的形态，如汽车避震器中的压缩弹簧、各类压缩机中的缓冲弹簧等。
在设计压缩弹簧时，需要考虑合理的压缩长度、线径、材料选择等因素，以确保其在不同工作环境下能够保持合适的弹性变形。
2.3 扭转弹簧扭转弹簧，也被称为扭簧，是指通过对弹簧材料施加扭转力矩并产生旋转变形的弹簧。
它通常以圆柱形或线圈形的形态存在，如手摇发电机中的发电机弹簧、汽车转向系统中的扭力弹簧等。
在设计扭转弹簧时，需要考虑合理的扭转角度、线径、材料选择等因素，以确保其在扭转过程中有足够的弹性变形能力。
3. 弹簧的设计要点弹簧的设计在机械系统中扮演着重要角色，合理的设计能够提高系统的性能和可靠性。
以下是一些常见的设计要点：3.1 弹簧刚度弹簧刚度是指单位长度或单位角度下的力学特性，通过刚度的选择可以调节弹簧的变形量和恢复力。
在设计中需要根据系统的要求，选取合适的弹簧刚度，以确保系统在正常工作范围内保持稳定性。
机械设计中的弹簧原理与选用
机械设计中的弹簧原理与选用弹簧是机械设计中常用的弹性元件，具有储存和释放能量的特性。
它在许多领域中都扮演着重要的角色，如汽车、航天、机械制造等。
本文将介绍弹簧的原理及其在机械设计中的选用考虑因素。
一、弹簧的原理弹簧基于胡克定律，即力和变形之间的关系是线性的。
当无外力作用于弹簧时，它具有平衡状态，不发生变形。
一旦外力施加在弹簧上，弹簧就会发生弹性变形，从而储存能量。
当外力消失时，弹簧会恢复原状，释放存储的能量。
这使得弹簧成为实现机械运动控制和减震的理想选择。
二、弹簧的选用考虑因素1. 弹性特性：不同的应用场景对弹簧的弹性特性有不同的要求。
例如，对于需要稳定的负载传递的系统，应选择具有较高刚度和线性性能的弹簧；而对于需要缓冲和减震的系统，则需要选择具有较低刚度和非线性特性的弹簧。
2. 负载能力：弹簧的负载能力直接影响其在实际应用中的可靠性和寿命。
在选择弹簧时，需要考虑其受力情况及所能承受的最大负载。
此外，弹簧的材料和结构也会影响其负载能力。
3. 作用环境：环境因素如温度、湿度和腐蚀性物质等会对弹簧的性能和寿命产生影响。
因此，在选择弹簧时，需要考虑其在特定环境下的耐久性和抗腐蚀能力。
4. 尺寸和安装方式：弹簧的尺寸必须适应设计空间，同时考虑其安装方式，以确保与其他机械元件的配合和运动正常进行。
5. 成本和可用性：弹簧的材料、制造工艺和特殊要求等都会影响其成本。
在选择时，需要综合考虑成本和可用性，以满足设计要求并保持经济性。
三、常见的弹簧类型和应用1. 拉簧：拉簧是最常见的一种弹簧，其主要用于传递拉伸力和储存能量。
例如，汽车悬挂系统中的拉簧能够吸收车辆行驶时的冲击力。
2. 压簧：压簧又称压缩簧，是将外力作用下的压缩变形转化为储存能量的弹簧。
常见的应用包括按键、减震器和工业机械设备中的缓冲系统。
3. 扭簧：扭簧是沿轴线方向进行扭转而产生弹性变形的弹簧。
它常用于门窗、自动回弹装置、钟表等领域。
4. 波簧：波簧具有波形结构，能够提供较大的变形和力。
机械设计手册弹簧设计
机械设计手册弹簧设计【原创实用版】目录1.弹簧设计概述2.弹簧的分类3.弹簧选型与设计原则4.弹簧材料及其性能5.弹簧几何参数的设计6.弹簧的应力与变形7.弹簧的疲劳强度与寿命8.弹簧设计实例9.弹簧设计规范与标准正文一、弹簧设计概述弹簧是机械设计中常见的一种弹性零件，它能够在受到外力作用时产生变形，并在外力去除后恢复原状。
弹簧在机械设备中具有重要的功能，如减震、支撑、调节等。
因此，弹簧设计在机械工程领域具有广泛的应用。
二、弹簧的分类根据弹簧的形状和功能，弹簧可分为以下几类：1.螺旋弹簧：具有螺旋形状的弹簧，包括圆螺旋弹簧、矩形螺旋弹簧等。
2.平面弹簧：具有平面形状的弹簧，包括圆环弹簧、波纹弹簧等。
3.压力弹簧：主要用于承受压力的弹簧，如碟簧、环簧等。
4.拉力弹簧：主要用于承受拉力的弹簧，如拉伸弹簧、万能弹簧等。
三、弹簧选型与设计原则在弹簧设计过程中，应遵循以下原则：1.弹簧的类型应根据工作条件和设计要求进行选择。
2.弹簧的材料应具有良好的弹性、抗疲劳性和耐腐蚀性。
3.弹簧的几何参数应根据工作负荷、变形量和安装空间等因素进行设计。
4.弹簧的应力与变形应符合设计规范和标准。
四、弹簧材料及其性能常用的弹簧材料包括碳钢、不锈钢、弹性合金等。
这些材料具有良好的弹性性能、抗疲劳性能和耐腐蚀性能，能够满足不同工作条件的要求。
五、弹簧几何参数的设计弹簧几何参数的设计主要包括弹簧的直径、圈数、自由长度、工作长度等。
这些参数应根据工作负荷、变形量和安装空间等因素进行设计。
六、弹簧的应力与变形弹簧的应力与变形是弹簧设计中的重要因素。
在设计过程中，应确保弹簧在工作过程中的应力不超过其允许应力，同时考虑弹簧的变形量和变形速率，以保证弹簧的使用寿命和工作性能。
七、弹簧的疲劳强度与寿命弹簧在反复变形过程中，会受到疲劳应力的作用，导致疲劳损伤和寿命缩短。
因此，在弹簧设计过程中，应充分考虑弹簧的疲劳强度和寿命，以保证弹簧的可靠性和安全性。
机械设计中的弹簧设计与选用
机械设计中的弹簧设计与选用弹簧是机械装置中常见的零部件之一，其作用是储存和释放能量，提供弹性支撑或产生力。
在机械设计中，弹簧的设计与选用是至关重要的环节。
本文将围绕机械设计中的弹簧，探讨其设计原理、选用方法以及在实际应用中的注意事项。
一、弹簧设计原理在机械设计中，弹簧主要通过弹性变形来提供力或存储能量。
其设计原理包括以下几个方面：1. 弹簧类型：根据应用需求和力学性质，弹簧可以分为压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧三种类型。
压缩弹簧主要承受压缩载荷，拉伸弹簧主要受拉伸力作用，而扭转弹簧则主要承受转动力矩。
2. 材料选择：弹簧的材料选择需要考虑强度、刚度和耐疲劳性等因素。
常见的弹簧材料包括钢丝、不锈钢和合金钢等。
根据不同的应用场景和要求，选用合适的材料可以确保弹簧的可靠性和持久性。
3. 力学计算：弹簧的设计需要进行一系列的力学计算，以确定其弹性系数、变形量和力学性能等参数。
这些参数的计算通常基于弹性力学理论，并结合具体的设计要求和工作环境来确定，以确保弹簧在工作过程中能够承受合适的载荷和变形。
二、弹簧选用方法正确选择合适的弹簧对于机械设计的成功至关重要。
以下是一些常见的弹簧选用方法：1. 负荷计算：首先需要确定所需的弹簧负荷。
根据设计要求和工作条件，计算所需的弹簧力量、变形量和周期等参数。
2. 弹簧类型选择：根据所需负荷和工作条件，选择合适的弹簧类型。
压缩弹簧适用于需要承受压缩力的场景，拉伸弹簧适用于需要承受拉伸力的场景，而扭转弹簧适用于需要承受转动力矩的场景。
3. 弹簧材料选择：根据工作环境和要求，选择合适的弹簧材料。
考虑材料的强度、刚度、耐疲劳性和耐腐蚀性等因素，选用能够满足工作要求的合适材料。
4. 尺寸设计：根据负荷和材料性质，设计弹簧的尺寸。
弹簧的直径、线径、圈数和自由长度等参数需要根据负荷和变形量来确定，以确保弹簧能够提供所需的力量和变形。
三、弹簧设计与选用的注意事项在机械设计中，弹簧设计与选用需要注意以下几个方面：1. 可靠性与寿命：弹簧的设计和选用需要确保其在合适的载荷下能够保持稳定工作，并具有足够的使用寿命。
弹簧种类及应用
弹簧种类及应用弹簧是一种能够贮存弹性位能并在受力或外力作用下发生形变的弹性元件，是现代机械设计中非常重要的一种机械元件。
弹簧根据不同的力学特性和形状，可以分为各种不同的类型。
本文将介绍几种常见的弹簧种类，并探讨它们的应用。
1. 压缩弹簧第一种类型是压缩弹簧。
压缩弹簧是一种由螺旋形弹簧线圈构成、其末端是紧密固定盘或直性端部的圆柱体。
弹簧线圈中流过的轴向力摆动起来，使弹簧线圈慢慢崩溃并释放其弹性能量。
压缩弹簧是弹簧中应用最广泛的一种，广泛用于汽车和机械工业中。
2. 扭转弹簧第二种类型是扭转弹簧。
扭转弹簧有不同的形状和结构，包括螺旋形、同心圆和杯形。
扭转弹簧是将材料扭曲到其弹性限制的极限，使材料储存弹性能量并将其释放的结果。
适用于许多应用，包括开关，控制信号和回转装置等。
3. 引伸弹簧第三种类型是引伸弹簧。
引伸弹簧也具有不同的形状，包括螺旋形、同心圆形和圆柱形。
例如，拉伸弹簧是一个封闭环形，通过各种方法对形状和长度进行加工以修改弹簧的储能并控制其释放的力。
常用于工业机械、汽车和电子设备中。
4. 波浪形弹簧第四种类型是波形弹簧。
波形弹簧是一种具有连续垂直弹性片条的弹簧，使其能够抵抗大的压缩荷载和振动。
使用范围广泛，包括传动系统、减震器、防滑器和隔震器等。
5. 气弹簧最后一种类型是气弹簧。
它是一种由压缩气体生成的压力与其容积成正比的弹簧。
气弹簧广泛用于工业和汽车领域中增加各种装置的升力或稳定性，例如悬挂系统、调节装置和气泵等。
总结以上是几种常见的弹簧类型及其应用。
弹簧作为一种非常重要的机械元件，广泛存在于许多机械设备当中。
了解这些弹簧类型和应用领域，有助于我们更好地选择适合不同应用场景的弹簧，提高我们设计的精度和效率。
机械设计基础-弹簧
压缩弹簧的 特性曲线
λ
F1 FF2 lim
最小工作载荷: 弹簧在安装位置所受压 力，它能使弹簧可靠地 稳定在安装位置上。 F1=（0.1~0.5）F2
最小变形--- λ1
最大工作载荷--- F2
在F2的作用下，τmax<[τ ]
F
F2Flim压缩弹簧的
特性曲线
F1 arctEgk
λ1 λ0
λ
λ2
λlim
max
lim
Flim
（b）
Flim
（c）
当工作载荷大于F0时，弹 簧才开始伸长。
图15－5圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线
对于一般拉、压螺旋弹簧的最小工作载荷通常取 为F min=(0.1~0.5) F max ；
对于有初拉力的拉伸弹簧Fmin>F0 ； 弹簧的工作载荷应小于极限载荷，通常取 Fmax0.8Flim
因此，为保持弹簧的线性特性，弹簧的工作变形 量应取在（0.1~0.8）lim范围。
15.4 圆柱螺旋弹簧的设计计算
主要任务：根据弹簧的使用要求，确定弹簧的结构尺 寸和参数，并满足强度、刚度、稳定性及结构要求。
一、弹簧的应力 弹簧在受压或受拉时，受
力情况是一样的。
弹簧的强度条件为：
max
K
8FC
d 2
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d>12 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。 优点：耐腐蚀性好，防磁性、弹性好。
非金属材料：塑料、橡胶等。
机械设计中的弹簧与紧固件设计
机械设计中的弹簧与紧固件设计在机械设计中，弹簧和紧固件是至关重要的组件，它们承载着连接、固定和传递力量的功能。
本文将探讨弹簧和紧固件的设计原理、材料选择和应用场景，旨在帮助读者更好地理解机械设计中的弹簧与紧固件。
一、弹簧设计1. 弹簧的基本原理弹簧是一种能够储存和释放力量的零件，通常通过弹性变形实现。
根据形状和用途的不同，弹簧可以分为拉伸弹簧、压缩弹簧和扭转弹簧。
它们在机械系统中起到平衡和控制力量的作用。
2. 弹簧的材料选择弹簧的材料选择至关重要，它直接影响到弹簧的弹性、耐久性和工作温度范围。
常用的弹簧材料包括碳钢、合金钢和不锈钢。
根据具体的工作环境和力量要求，设计师需要选择合适的材料。
3. 弹簧设计的基本步骤弹簧的设计涉及到许多因素，包括载荷、变形量、工作环境和安全系数等。
设计师需要根据实际要求进行合理的设计，确保弹簧能够正常工作并满足寿命要求。
基本的设计步骤包括弹簧类型选择、弹簧常数计算、弹簧尺寸确定和弹簧的校核等。
二、紧固件设计1. 紧固件的基本原理紧固件是机械装配中用于连接和固定两个或多个零件的部件，如螺栓、螺母和螺柱等。
它们通过阻止零件的相对运动来保证机械系统的稳定性和可靠性。
2. 紧固件的材料选择紧固件的材料选择非常重要，因为不同的材料具有不同的强度、耐腐蚀性和温度特性。
常见的紧固件材料包括碳钢、不锈钢和合金钢。
根据具体的工作环境和力量要求，设计师需要选择合适的材料。
3. 紧固件设计的基本原则在设计紧固件时，需要考虑几个关键因素，包括载荷、预紧力、工作环境和安全系数等。
设计师需要合理选择紧固件的规格和尺寸，以确保连接的牢固性和可靠性。
同时，紧固件的设计应考虑到安装和拆卸的便捷性。
三、弹簧与紧固件的应用场景1. 弹簧的应用场景弹簧广泛应用于各种机械系统中，如汽车悬挂系统、工业机械设备和钟表等。
在这些应用中，弹簧起到平衡力量、减震和储能的作用，为机械系统的正常运行提供支持。
2. 紧固件的应用场景紧固件在机械装配中被广泛使用，如汽车制造、航空航天和建筑工程等领域。
机械设计基础PPT教程第20章 弹簧
20.1
概述
20.2
圆柱螺旋弹簧设计
20.1 概 述
20.1.1 弹簧的功用与类型
1．弹簧的功用
弹簧的主要功用表现在以下几个方面。 ① 缓冲和减振。如汽车、火车车厢下的减 振弹簧，各种缓冲器的缓冲弹簧等。
② 控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹 簧、离合器中的控制弹簧等。
③ 储存及输出能量。如钟表弹簧、枪闩弹 簧等。
④ 测量力的大小。如弹簧秤、测力器中的 弹簧等。
2．弹簧的类型
弹簧的主要类型、特点及应用见表20-1。
表20-1 弹簧的主要类型、特点及应用
类型
承载方 式
压 缩
圆柱
螺 旋
形弹 簧
拉 伸
弹
扭
簧
转
圆锥 形弹
簧
压 缩
简图
特点及应用
刚度稳定，结构简单，制造 方便，应用最广
在各种装置中用于压紧、储 能或传递转矩
20.2 圆柱螺旋弹簧设计 20.2.1 弹簧的端部结构
图20-1 压缩弹簧的端部结构
图20-2 拉伸弹簧的端部结构
20.2.2 弹簧的特性曲线、应力及 变形
1．弹簧的特性曲线
2．弹簧的应力
T WP
F π
D 2 d3
8FD πd 3
8FC πd 2
16
K
8FC πd 2
≤[
]
3．弹簧的变形
f
Ⅲ类弹 簧
碳 素 弹簧钢 线
ⅠⅡⅡ Ⅲ 65Mn
0.3 b 420
0.4 b 560
0.5 b 700
60合金弹簧 钢丝
65Si2MnA
570
760
950
机械设计课件-弹簧
特性曲線：呈非線性，變形取決於比值h/t變化。
重要特性：當h/t≈1.5時，中間一段接近於水準。
D1 F
F
h t =2.75
h
h t =0.5
t D
h t =1.5
浙江大學專用
簧片變平點
O
1
2
3
4 y /t
碟形彈簧組合形式 對合式組合彈簧----
變形量增加，承載力不變。
摩擦消耗的能量-----陰影面積
缺點： 用作高精度控制彈簧時，對材料和製造工藝（加工精度、熱
處理）要求較嚴，製造困難。
浙江大學專用
浙江大學專用
失穩
加裝導向杆 加裝導向套
3. 拉伸彈簧的結構特點
a) 各圈相互並緊d =0；
b) 製作完成後具有初拉力； c) 端部做有拉鉤，以便安裝和加載。
拉鉤形式：半圓鉤環型、圓鉤環型、 轉鉤、可調轉鉤。
改進後的結構
拉伸彈簧的結構尺寸計算與壓縮彈簧相同。
浙江大學專用
二、彈簧設計計算步驟
有足夠的強度 設計要求： 符合載荷---變形曲線的要求（剛度要求）
↑ → 吸振能力↑ F
加載
卸載
疊合式組合彈簧---- 在變形量不變時，承載力大大增加 。 摩擦阻尼大，特別適用於緩衝和吸振 複合式彈簧： 可同時增加變形量和承載 能力
浙江大學專用
優點： 變形量小、承載能力大、在受載方向空間尺寸小。
用途： 常用作重型機械、飛機等的強力緩衝彈簧，以及在離合器、
減壓閥、密封圈、自動控制機構中獲得了廣泛地應用。
G( d
/
4
2)ds / 32)
8FD22ds
G d 4
鋼：G=8×104 Mpa, 青銅：G=F4×104 Mpa
机械设计中的弹簧设计
机械设计中的弹簧设计在机械设计中，弹簧是一种常用的零件，应用广泛且具有重要的功能。
弹簧设计的合理性直接影响到机械设备的性能和寿命。
本文将以“机械设计中的弹簧设计”为题，探讨弹簧的设计原理和常见的设计方法。
一、弹簧设计的基本原理弹簧是一种能储存和释放弹性势能的弹性零件，广泛应用于各种机械装置中。
弹簧的设计原理主要包括以下几个方面：1. 弹簧的负载-变形关系：弹簧在受到外力作用时，会发生变形以吸收能量，当外力减小或消失时，弹簧会恢复原状并释放能量。
这种负载-变形关系可以通过弹簧的刚度来描述，刚度越大，变形对应的力也越大。
2. 弹簧的材料选择：弹簧一般由弹性材料制成，常见的弹簧材料包括钢、不锈钢、合金钢等。
材料的选择需要考虑弹性模量、耐疲劳性、耐腐蚀性等因素。
3. 弹簧的强度和耐久性：弹簧在工作过程中会受到不同程度的载荷，因此需要设计足够的强度以防止弹簧在工作过程中出现破坏。
同时，弹簧的耐久性也是设计的重要考虑因素之一。
4. 弹簧的稳定性：在设计弹簧时，需要考虑弹簧是否具有稳定性。
稳定性主要涉及弹簧在变形过程中是否会出现失稳和干涉等问题。
二、弹簧设计的方法根据不同的应用需求，弹簧的设计方法也各不相同。
下面将介绍几种常见的弹簧设计方法：1. 针对静态载荷设计的方法：对于受到静态载荷的弹簧设计，可以使用静态平衡方程求解。
通过平衡受力和变形的关系，确定弹簧的刚度、尺寸和材料。
2. 针对动态载荷设计的方法：对于受到动态载荷的弹簧设计，需要考虑弹簧在振动过程中的动态特性，如共振频率和振幅。
可以使用模态分析等方法进行设计，确保弹簧在动态载荷下的正常工作。
3. 基于材料强度设计的方法：弹簧在工作过程中会受到一定的应力和变形，需要选择合适的材料以满足设计要求。
可以通过材料力学性能的计算和实验来确定材料的强度，并根据受力状态进行合理的选择。
4. 弹簧的最优化设计方法：在弹簧设计中，可以使用最优化方法寻求最优设计方案。
通过制定合适的目标函数和约束条件，使用数值优化算法进行求解，得到最优的弹簧设计方案。
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Flim ——极限载荷，这时的变形量
为 lim ；
h——弹簧的工作行程，h= 2- 1
承受极限载荷 Flim 时，应力不得超过表13-3的剪切弹性极限， 以免出现塑性变形 。最小载荷一般取 F1 ≥0.2 Flim 。
二、 弹簧的结构 和几何尺寸
压缩弹簧除参加变形的有效圈数外，为了使压缩弹簧工作时受 力均匀，保证弹簧 中心线垂直于端面，弹簧两端各有0～1.25 圈并紧起支承作用，工作时不参与变形，故称为死圈或支承圈。
(2) 控制机构的运动。如内 燃机中的阀门弹簧，离合器 中的控制弹簧等；
(3) 储存及输出能量。如钟表弹簧、 枪闩弹簧等；
(4) 测量力的大小。 如弹簧秤，测力器中 的弹簧等。
二、弹簧的类型
§13-2 弹簧的制造、材料及许用应力
一. 弹簧的材料和许用应力
弹簧在工作中常受交变和冲击载荷，又要求有较大的变形， 所以弹簧材料应具有高的抗拉强度、弹性极限和疲劳强度。在工 艺上要有一定的淬透性、不易脱碳，表面质量好。 常用弹簧材料的机械性能及用途见表13-1～13-3
二、 弹簧的制造
螺旋弹簧的制造工艺过程包括：卷制、挂钩的制作或端面圈 的精加工、热处理和工艺性能试验。
拉伸弹簧的端部制有挂钩，以便安装和加载。 常用的端部结构有四种型式（如图所示）；
半圆钩型
圆钩型
可调式
可转式
半圆钩环（LⅠ型）、圆钩环（LⅡ型）制造方便，应用广泛，但因挂钩过 渡处产生很大弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径的弹簧。
度条件应为
K
8FD2
d 3
式中
C= D/d
C ——旋绕比，可按下页表选用；
K ——弹簧曲度系数， F——弹簧的工作载荷，N；K =
4C -
1+
0.165
D——弹簧中径，mm；
4C - 4 C
d——材料直径，mm。
在上式中，以弹簧的最大工作载荷代替，便可得到按强度条件计 算弹簧钢丝直径的公式
d > = 1.6 KF2C
圆柱螺旋拉伸弹簧图
三、 弹簧的的强度计算
右图为圆柱形螺旋压缩弹簧，
承受轴向工作载荷由截面法分析，得知弹簧丝截面受剪力及扭 矩，扭矩引起的剪应力为
t
=
T Wp
=
F´ p´
D 2 d3
=
8FD pd3
=
8FC pd3
16
若考虑剪力引起剪应力的影响和弹
簧丝呈螺旋状曲率影响，最大剪应
力发生在弹簧内侧图，其数值与强
可调式（LⅦ型）和可转式（LⅧ型 ）挂钩受力情况较好，且可转向算
一、 弹簧的特性曲线
弹簧在弹性范围内工作时，其变形量随载荷的变化而改变，表 示弹簧工作过程中所受载荷与变形量之间关系的曲线，称为弹簧 的特性线。
特性线给设计弹簧时的力分析提供了方便 ，同时也是弹簧质 量检验或实验的重要依据。
第十三章 弹簧
——机械设计基础
高等教育出版社 2013年
第十三章 弹簧
§13-1 弹簧的功用和类型 §13-2 弹簧的制造、材料及许用应力 §13-3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算
§13-1 弹簧的功用和类型
一、弹簧的功用
(1) 缓冲和减振。如汽车、火车 车箱下的减振弹簧，各种缓冲器 的缓冲弹簧等；
[t ]
拉伸弹簧强度计算方法与压缩弹簧相同。
四、 弹簧工作圈数
由材料力学可知，弹簧受轴向载荷后产生的变形量为
8FD23n 8FC 3n
Gd 4
Gd
设计时按最大工作载荷和相应的变形量，利用上式可求出弹簧
所需的有效圈数
n Gd
8FC3
式中 G——弹簧材料的剪切弹性模量
最少有效圈数为2圈，一般不少于3圈。
弹簧载荷与对应变形的比值称为弹簧刚度，用k表示，
K'
F
Gd 8nC3
由上式可知，K’为常数，即载荷与变形成直线关系。弹簧刚度 所映了弹簧抵抗变形的能力。
由上式知，C越大，弹簧刚度越小，即弹簧越软，工作时，会 引起颤动；C越小，弹簧刚度越大，卷绕越困难。一般取C=4～ 16，常用范围为5～10。
五、稳定性计算
在弹性范围内工作的等节距圆柱螺旋弹簧，其载荷与变形成正 比，故特性曲线为一条直线。
图中 H0——未受载荷时弹簧的自由长
度； F1——最小载荷，即弹簧在安装时
所预加的压力（安装负荷），目的 是使弹簧紧贴在弹簧座上，这时的 变形量为 1 ，弹簧长度 为 H1 ；
F2 ——最大工作载荷，这时的变形 量为 2 ，弹簧的长为 H2 ；
支承圈端面与弹簧座接触，最常见的端部结构有并紧不磨平和 并紧磨平型两种，如图所示。
在重要场合应采用并紧磨平型型，以保证两支承端面与弹簧的 轴线垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。端部磨平部分的长度不 少于3/4圈。
下图分别为圆柱螺旋压缩弹簧和拉伸弹簧的一般结构。
圆柱螺旋压缩弹簧图 基本参数和几何尺寸计算公式表
对于压缩簧，如果圈数较多，弹簧高径比 b = H0 过大，承压
D
时会丧失稳定 为了稳定性和便于制造，高径比应满足下列要求：
➢当两端固定时：
b H0 5.3 D2
➢当一端固定，另一 端自由转动时：
b H0 3.7 D2
➢当两端自由转动时：b = H0 ? 2.6 ，如果高径比超出上述数值， 又不能修改有关设计参数D时，则应采取图(b)或图(c)所示的 措施，以保证压簧的稳定性。