第13章-弹性元件
《精密机械基础》知识点汇总知识分享
精密机械设计考试重点整理第二章工程材料和热处理低碳钢：含碳≤0.25% 中碳钢：含碳0.25%~0.60% 高碳钢：含碳＞0.60%第四节钢的热处理（P23）普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：表面淬火、化学热处理第四章平面机构的结构分析机构是按一定方式联接的构件组合体。
使两构件直接接触，而又能产生一定相对运动的联接（可动联接）称为运动副。
点接触或线接触的运动副成为高副；面接触的运动副称为低副。
机构运动简图的画法（P67例题4-1）第四节平面机构的自由度构件所具有的独立运动数目称为自由度，做平面运动的自由构件具有三个自由度。
机构自由度计算公式F=3n-2P L-P H自由度等于1的机构，在具有一个原动件时运动是确定的。
机构自由度、原动件数目与机构运动之间的关系：①当F≤0时，构件间不可能具有相对运动；②当F＞0时，原动件数大于机构自由度，机构会遭到损坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定；③只有当原动件数等于机构自由度时，机构才具有确定的运动。
计算机构自由度时应注意的事项：（P69）①复合铰链：在同一轴线上有两个以上的构件用转动副联接时，则形成复合铰链。
若有m个构件用复合铰链联接时，则应含有（m-1）个转动副。
②局部自由度：在有些机构中，某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，把这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。
③虚约束：在机构中，有些运动副的约束可能与其他运动副的约束重复，因而这些约束对机构的运动实际上并无约束作用，这类约束称为虚约束。
第五节平面机构的组成原理和结构分析高副低代（P71）（什么是高副低代？怎么样代？特殊情况？）不能再拆的最简单的自由度为零的构件称为组成机构的基本杆组。
由二个构件三个低副组成，称之为Ⅱ级杆组，是应用最广的杆组。
平面机构的结构分析（P74）第五章平面连杆机构平面连杆机构是由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）联接而成的一种机构，主要作用是用来传递运动、放大位移或改变位移的性质。
机械学基础 第三版 蒋秀珍 复习资料汇总
复习要点第01章 机构的组成及平面连杆机构1) 两构件通过点、线或面接触组成运动副，按照接触特性，通常分为低副和高副两类。
P2下列运动副中，按照接触特性，可认为低副的是（D ）。
2) 平面机构自由度的计算公式为：32L H W n P P =--机构具有确定运动的条件是：W > 0且W 等于原动件个数。
p4 计算图中所示运动机构的自由度数： 解1：在活塞泵机构中，有4个活动构件，n=4；有5个低副，P L =5；有1个高副，P H =1。
机构的自由度:W = 3 n - 2 P L - PH = 3 × 4 - 2 × 5 - 1 = 1该机构具有 1 个原动件(曲柄),故原动件数与机构自由度相等,机构具有确定的运动。
解2：机构中有7个活动构件, n = 7; A 、B 、C 、D 四处都是三个构件汇交的复合铰链,各有两个回转副,故P L = 10。
由式(1-1)可得 W = 3 × 7 - 2 × 10 = 1W 与机构原动件个数相等。
当原动件8 转动时, 圆盘中心E 将确定地沿直线EE ′移动。
解3：机构中的滚子有一个局部自由度。
顶杆与机架在E 和E ′组成两个导路平行的移动副,其中之一为虚约束。
C 处是复合铰链。
现将滚子与顶杆焊成一体,去掉移动副E ′,并在C 点注明回转副的个数。
得n = 7, P L = 9 (7个回转副和2个移动副), P H = 1, 故由式(1-1)得W = 3 n - 2 P L - P H = 3 × 7 - 2 × 9 - 1 = 2 此机构的自由度等于2,有两个原动件。
A B CD3) 按照铰链四杆机构的连架杆是曲柄还是摇杆，可将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
P74) 极位夹角θ与行程速比系数K 的关系是： p11(180)/(180)180(1)/(1)K K K θθθ=︒+︒-⇒=︒-+5) 曲柄存在的条件是：1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；2)在曲柄摇杆机构中,曲柄是最短杆。
弹性元件
五、 几何参数
d /4
p
①
中径 D2 ： D2 cd
②
1
弹簧丝直径 d ；
内径 D1 ：D1 D2 d 外径 D ： D D2 d p arctg 螺旋角 ： D2 节距 p ； 自由高度 H 0 ；
H0
③ ④
d
⑤
D1 D2 D
(3/4)d
⑥ ⑦
六 游丝
螺旋线在一个平面内的弹簧。
▲ 对于重要压缩弹簧，为了保证承载面与轴线垂直，端部应磨平；
▲ 拉伸弹簧，为了便于联接与加载，两端制有拉构。
工艺试验包括：耐冲击、疲劳等试验。 一般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，称为强压处理 经强压处理可提高承载能力。
四 、弹簧材料
要求：具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性和良好的热 处理性能。 常用材料：钢、有色金属、非金属（橡胶）
选择：应考虑到弹簧的用途、重要程度、使用条件，加工、热 处理和经济性等因素。
使用条件（包括载荷性质、大小及循环特性，工作持续时间和 工作温度和周围介质情况等） 碳素弹簧钢丝优先选用直径系列：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
第一节 概述
1 定义
材料在外力的作用下产生变形，外力去除后可恢复 其原状的性能——材料的弹性
用材料的弹性性能完成各种功能的零件或部件—— 弹性元件
工作特点：在外力作用下能产生的弹性变形， 利用 材料的弹性完成各种功能。
第二节 螺旋弹簧
机械设计基础课程教案讲义联轴器和、离合器和制动器教案讲义
教学目地：1熟悉联轴器的类型、特点、应用和选择2了解离合器的类型和应用3了解制动器的类型和应用教学重点：1常用联轴器的特点和选择2常用离合器的类型和工作原理教学难点：常用联轴器的选择和标注第十三章联轴器和离合器和制动器联轴器和离合器是机械传动中的重要部件。
联轴器和离合器可联接主、从动轴，使其一同回转并传递扭矩，有时也可用作安全装置。
联轴器联接的分与合只能在停机时进行，而离合器联接的分与合可随时进行。
如图13-1、图13-2所示为联轴器和离合器应用实例。
1-电动机2、5-联轴器3-制动器4-减速器6-卷筒7-轴承8-机架图13-2图13-1图13-1所示为电动绞车，电动机输出轴与减速器输入轴之间用联轴器联接，减速器输出轴与卷筒之间同样用联轴器联接来传递运动和扭矩。
图13-2所示为自动车床转塔刀架上用于控制转位的离合器。
联轴器和离合器的类型很多，其中多数已标准化，设计选择时可根据工作要求，查阅有关手册、样本，选择合适的类型，必要时对其中主要零件进行强度校核。
13.1联轴器13.1.1 联轴器的性能要求联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后变形、温度变化和轴承磨损等原因，不能保证严格对中，使两轴线之间出现相对位移，如图13-3所示，如果联轴器对各种位移没有补偿能力，工作中将会产生附加动载荷，使工作情况恶化。
因此，要求联轴器具有补偿一定范围内两轴线相对位移量的能力。
对于经常负载启动或工作载荷变化的场合，要求联轴器中具有起缓冲、减振作用的弹性元件，以保护原动机和工作机不受或少受损伤。
同时还要求联轴器安全、可靠，有足够的强度和使用寿命。
a）b）c）d）a）轴向位移b）径向位移c）角度位移d）综合位移图13-313.1.2 联轴器的分类联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。
刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对位移的能力，要求两轴严格对中，但此类联轴器结构简单，制造成本较低，装拆、维护方便，能保证两轴有较高的对中性，传递转矩较大，应用广泛。
13-弹性元件
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二、影响弹性元件特性的因素
3. 弹性模量与温度之间的关系
Et E0 (1 Et)
w
E E0
E t
4. 减少温度对弹性元件特性的影响方法
1. 采用温度系数极小的材料 2. 补偿方法
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二、影响弹性元件特性的因素
（三）弹性滞后和弹性后效的影响
1. 弹性滞后：弹性范围内，加载与去载曲线不重合的现象。 2. 弹性后效：载荷改变后，不是立刻完成相应的变形，而
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（四）稳定性计算
2. 弹簧稳定性与两端支承 的关系
▪ 保证弹簧不失稳的条件
1. 弹簧两端固定时b<5.3； 2. 弹簧一端固定，另一端回
转时b<3.7； 3. 弹簧两端回转时b<2.6
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（四）稳定性计算
3. 稳定性计算
▪ 高径比不满足要求时，
是在一定时间间隔中逐渐完成的。
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二、影响弹性元件特性的因素
3. 弹性滞后和弹性后效的原因
▪ 其大小与弹性元件内的最大应力，材料的金相组织 与化学成分、弹性元件的加工与热处理过程有关。
4. 解决方法
▪ 选取较大的安全系数、合理选定结构和元件的联接 方法（减小应力集中）、采用特殊合金等，减小弹 性滞后和弹性后效。
• 转矩T～变形的扭 转角φ
2. 弹簧丝受力分析
• 弯矩Mb＝Tcosγ • 转矩T’=Tsinγ，可
忽略。
• 扭转弹簧应按受弯 矩的曲梁来计算
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Ch10弹性元件
10.2
弹性元件的材料
10.2.1金属材料 （1）.加工硬化型材料在退火状态具有良好的塑 性。在加工过程中经冷作硬化，可获得较好的弹 性。 （2）.淬火硬化型材料是通过淬火再经回火而获 得较高的弹性。 （3）.弥散硬化型材料在退火后具有良好的塑 性，然后加工成型，成型后经时效回火获得很好的 弹性。这种材料的优点是弹性高，弹性滞后、弹性 后效小，便于制造形状复杂的弹性元件。
smax 100% smax
线性弹性元件的非线性度对于线性刻度的仪表，会 带来非线性误差。 设计仪器仪表时应考虑补偿措施，尽量减少非 线性度对精度的影响。
三、弹性元件的弹性缺陷 弹性元件的弹性并不是理想的，工作时常出现 一些弹性缺陷，主要的弹性缺陷是弹性滞后和弹性 后效。 在弹性范围内，加载与去载过程中，位移曲线 不重合，构成一个弹性滞后环，即当载荷增加或 减少至同一数值时位移之间存在一差值，这种现 象称为弹性滞后。
2
2 0
2 0
1 F [M 0 R(1 cos )]Rd 0 EI a 2
2 0
（注意 M 1 ）
M 0
M0 FR 2 (1 ) 0.182 FR 2
由上式得： FR 2 M0 (1 ) 0.182 FR 2
FR 2 F FR 2 M (1 ) R(1 cos ) (cos ) 因此： 2 2 2
式中
由卡斯提也努定理，有：（由对称性得 知，bb截面不致因圆环变形而转动，即由引起的 U 角位移为零 ） 0
M 0
在任意截面上，作用的力矩为 FR M M0 (1 cos ) 2
则有 U
M R 1 M [ d ] M Rd M 0 M 0 2EI a EI a M 0
10弹性元件讲解
3、影响弹性元件特性的因素 圆柱螺旋(拉伸、压缩)弹簧的特性公式
3 8 D2 n F 4 Gd
f ( D2 , n, d , G)
D2 d n G d 3 4 D2 d n G
在某种情况下，由弹簧几何尺寸的误差引起的特性缺陷 可通过调整弹簧的圈数来弥补，也可通过整修弹簧中径， 以及对高精度的弹簧采用磨削弹簧线材(即校正弹簧簧 丝直径d)再绕制的工艺方法来减少误差。
（1）控制机构的位置和运动 （2）缓冲及吸振 （3）储存能量 （4）测量力和力矩
二、弹性元件的类型
按照用途不同可分为：测量弹簧、力弹簧、联接弹簧 按外形不同又可分为：螺旋弹簧、片簧、平面涡卷簧 按照性质不同可分为：压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹 簧和弯曲弹簧
三、弹性元件的性能
1、弹性元件的基本特性
弹性元件的特性——作用在弹性元件上的载荷与弹性元 件所产生的变形之间存在一定的函 数关系，称为弹性元件的特性
f (F )
——弹性元件的变形或挠度；
F——作用在弹性元件上的载荷(力或力矩) F- 关系的曲线称为弹性元件的特性曲线 弹簧特性线——表示弹簧载何与变形量之间的关系曲线
非线性度d——度量实际特性曲线与理想直线的接近程度
d
max
max
100%
灵敏度S——弹性元件特性曲线上某点的斜率定义为弹性 元件在该工作点的灵敏度S
1、压缩弹簧 弹簧两端的端面圈与邻圈并紧， 不参与弹簧变形，只起支承的作 用，俗称死圈。
p
H0 d1 d
并紧不磨平端
并紧磨平端
D1 D2 D
(3/4)d
d
d /4
2、拉伸弹簧 如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此时 弹簧各圈应互相并拢。拉伸弹簧分无初拉力和有初拉力 H 两种。
弹性元件
n 1 2 n i 1 i
每个弹性元件所承受的 F i F i ' 代入（ 13 － 4） F Fi '
i 1 n
载荷为
F F '
F'
i 1 i
n
(13 5 )
4. 解决方法
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第三节 螺旋弹簧
一、螺旋弹簧的功能和种类
1. 螺旋弹簧：金属线材绕制成空间螺旋线形状的弹性元件 2. 功能：
将轴线方向的力或垂直于轴线平面内的力矩转换为弹簧两端的 相对位移； 或者相反，将两端的相对位移转换为作用力或力矩。
3. 螺旋弹簧簧丝截面：圆形、矩形、方形、菱形、钢丝绳 4. 圆柱形螺旋弹簧根据载荷作用方式不同，分三种型式： ① 拉伸弹簧（代号—L型），见图13-6a； ② 压缩弹簧（代号—Y型），见图13-6b； ③ 扭转弹簧（代号—N型），见图13-6c。
弹性元件
内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 概述 弹性元件的基本特性 螺旋弹簧 游丝 片簧 热双金属弹簧 其他弹性元件简介
第13章 弹性元件 2
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第一节 概述
1.
•
材料的弹性
外力作用下产生变形，外 力除去后恢复原状的性能。
2.
•
弹性元件
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一、螺旋弹簧的功能和种类
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第13章 弹性元件
t －温度差 G 相对变化 G t G0
；
弹性元件
教学过程：一．弹性元件：悬架采用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。
二．钢板弹簧：钢板弹簧又叫叶片弹簧，它是由若干不等长的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁。
钢板弹簧3的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳1，内装青铜或塑料或橡胶。
粉沫冶金、制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架、或吊耳作铰链连接。
钢板弹簧的中间用U形螺栓与车桥固定。
中心螺栓4用来连接各弹簧片，并保证各片的装配时的相对位置。
中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，也可以不相等。
为了增加主片卷耳的强度，将第二片末端也弯成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有较大的间隙，使得弹簧在变形时，各片间有相对滑动的可能。
钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可促使车架的振动衰减。
各片间的干摩擦，车轮将所受冲击力传递给车架，且增大了各片的摩损。
所以在装合时，各片间涂上较稠的润滑剂（石墨润滑脂），并应定期保养。
钢板弹簧本身还兼起导向机构的作用，可不必单设导向装置，使结构简化，并且由于弹簧各片之间摩擦引起一定减振作用。
有些高级轿车的后悬架采用钢板弹簧作弹性元件。
目前一些国家汽车上采用变厚度的单片或二至三片的钢板弹簧，可以减少片与片间的干摩擦，减小动刚度，还提高使用应力，同时减轻重量。
三．螺旋弹簧：螺旋弹簧是用弹簧钢钢棒料卷制而成，它们有刚度不变的圆柱形螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形螺旋弹簧。
螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，尤以前轮独立悬架采用广泛。
有些轿车后轮非独立悬架也有采用螺旋弹簧作弹性元件的。
由于螺旋弹簧只承受垂直载荷，它用做弹性元件的悬架要加设导向机构和减振器。
它与钢板弹簧相比具有不需润滑，防污性强，占用纵向空间小，弹簧本身质量小的特点，因而现代轿车上广泛采用。
四．扭杆弹簧：扭杆弹簧总成用铬钒合金弹簧钢制成，它的表面经过加工很光滑。
通常为保护扭杆表面，在其上涂有环氧树脂，并包一层玻璃纤维，再涂一层环氧树脂，最后涂上沥青和防锈油漆，以防摩蚀和损坏表面，从而提高扭杆弹簧的使用寿命。
传感器的弹性敏感元件
L x L
轴向应变。
杨氏模量
F F E x , x A EA
柱的截面积
R1 F EA R1 x K S KS F R1 EA K S R1
3.3.1.弹性园柱
在轴向布置一个或几个应变片，在圆 周方向布置同样数目的应变片，后者 取符号相反的横向应变，从而构成了 差动对。在与轴线任意夹角的 α 方向 ，其应力、应变为 ： F
x
F ＝ AE
当α=90˚时
横向
F ＝－ AE
在轴线方向上的应力、应变最大。
用于大吨位的测量
3.3.1.弹性园柱—结论
对于实心和空心截面的圆柱弹性敏感元件，上述表达式
都是适用的。并且空心截面的弹性元件在某些方面优于 实心元件．因为在同样的截面积情况下,圆柱的直径可 以增大．因此圆柱的抗弯能力大大提高，以及由于温度 变化而引起的曲率半径相对变化量大大减小。
F
F0
x2
x1
x0
x
3.1
弹性敏感元件的基本特性
3.1.4 固有振动频率
弹性敏感元件的动态特性和被测参数时的滞后现象，在很大程 度上与它的固有振动频率有关，一般总希望它具有较高的固有 频率，由于计算比较复杂，固有振动频率通过实验来确定，也 可用下式来计算：
1 f 2
k ( Hz) me
me—弹性敏感元件的等效振动质量 k—弹性敏感元件的刚度 在设计时，常遇到线性度、灵敏度、固有频率之间的矛盾，往 往是提高灵敏度，线性误差，固有频率降低，不能满足测量动 态量的要求，因此，需根据具体情况和要求加以考虑。
期稳定性，疲劳实验等。
绪 论 3.1 弹性敏感元件的基本特性 3.2 弹性敏感元件的材料
汽车系统动力学第13章 转向系统动力学及控制
第二节 转向系统振动分析
轮胎的侧向弹性恢复力与变形的滞后关系及示功图
第二节 转向系统振动分析
三、前轴与前轮的耦合振动 前面我们分别介绍了车辆前轴的侧倾振动和前轮绕主销的摆 振问题。然而,车辆在实际行驶中,前轴侧倾振动和前轮摆振 可能相互耦合,并对车辆操纵性和行驶稳定性的影响很大。 虽然摆振的机理和影响因素很复杂,用于摆振研究的数学模 型也很多,然而为了便于说明摆振现象,可以在模型建立过程 中对一些数学上难于处理的非线性问题进行简化处理,如忽 略悬架弹性和阻尼的非线性特性及一些如零部件的间隙和干 摩擦等次要因素。这里,首先建立考虑前轮和前轴耦合振动 的线性模型,再给出一些典型的分析结果[2,3]。
第二节 转向系统振动分析
某非独立悬架汽车摆振模型参数
第二节 转向系统振动分析
首先考察随横拉杆刚度K0和转向机构刚度Kp的影响,在不同K0 和Kp的条件下,前轮摆振振幅随车速变化的关系分别如图13-11 和图13-12所示。由图可见,前轮摆振的幅值将随横拉杆刚度K0 和转向机构刚度Kp的增加而减小。 此外,考察转向机构刚度对系统的固有频率fns和相对阻尼系数ζ 的影响,如图13-13所示。由图可见,系统的固有频率fns和相对 阻尼系数ζ将随转向机构刚度的增加而提高。当转向机构刚度 Kp低于7kN·m/rad时,前轮摆振系统进入不稳定区。 最后,考察系统可能出现自激型摆振的车速范围。系统的相对阻 尼系数ζ随车速的变化关系如图13-14所示。当车速在 32~69km/h范围内时,系统相对阻尼系数ζ<0,即系统出现负 阻尼而发生自激振动。当车速低于30km/h和高于75km/h时, 系统相对阻尼系数ζ>0,系统为受迫振动系统。
第二节 转向系统振动分析
车辆前轴绕车辆坐标系x轴的自由振动
精密机械设计基础-第十三章弹性元件
3、扭转弹簧受转距T作用后的扭转变形为
rad
M bl EI
M bD2n
EI
180M b D1n
EI
式中 I ——弹簧丝截面的轴惯性矩，
圆弹簧丝 I d 4 / 64
所需要的弹簧圈数 ：
EI
n 180M b D2
例题13-1
设计一个有初应力圆柱形螺旋拉伸弹簧。数 据如下：当弹簧变形量为6.5mm时，拉力
效工作圈数
G ——材料的切变模量
2、利用上式，可以求出所需的弹簧有效圈数：
n Gd
8FC 3
如果n＜15．则取为0.5圈的倍数 如果n＞15，则取为整圈数 弹簧的有效圈数最少为2圈
（四）稳定性计算 1、弹簧发生侧向弯曲（图13－10）
2、压缩弹簧 的稳定性与弹 簧两端的支承 情况（图13－ 11）
2、用途： 密封元件（图13－32a） 介质分隔元件（图13－32b） 导管挠性联接元件（图13－32c）
三、膜片、膜盒 1、分类： 平膜片（图13－33a） 波纹膜片（图13－33b）
8D23n F
Gd 4
2、材料： 1）金属材料： 黄铜、锡青铜、锌白钢、被青铜和不锈钢 2）非金属材料： 橡胶、塑料、卡普隆和石英
三、圆柱螺旋压缩弹簧 （一）特性线 ：
为了清楚地表示弹簧在工作中，其作用 载荷与变形之间的关系 绘制的曲线
F1 最小载荷，通常： Fmax 0.8F3
F2 最大载荷
No Image
F3 极限载荷（应力达屈服极
限）
（二）强度计算 （图13-9）
T F D2 cos
2
Mb
F
D2 2
sin
并以 D2 Cd 得：
《机械基础》第十三章联轴器、离合器和制动器教案
《机械基础》教案课题第十三章联轴器、离合器和制动器课型理论课课时2授课班级授课时间授课教师教材分析本节课的内容是关于《机械基础》中的第十三章。
要求学生理解机械基础的功用、结构，课标要求是掌握机械基础的作用。
选用的教材是由中国劳动社会保障出版社出版的《机械基础》（第七版），学习内容是机械基础的内容和各项方法。
学情分析知识储备：对机械有着初步的了解。
能力水平：熟悉机械基础的发展史。
学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。
学习目标知识目标：理解联轴器的基本知识。
能力目标：能够掌握离合器及制动器的内容。
素质目标：1.认识到机械的重要性。
2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。
学习重难点教学重点：1. 联轴器的基本知识。
2.离合器及制动器的内容。
教学方法讲授法、讨论法、演示法、实物教学法课前准备教师准备：教学课件学生准备：课前预习教学媒体多媒体教室、多媒体课件教学过程教学环节教师活动设计学生活动设计设计意图活动一：创设情境生成问题1.情境导入让学生阅读教材导入情景，引导学生思考：联轴器的基本知识。
2.展示学习目标认识到联轴器的重要性。
掌握离合器基本知识的具体内容。
1.阅读导入情景，思考教师提问，结合生活中的实际，认真回答。
2.查看并记住本节任务的学习目标。
1.通过情景问话，引出本课主题。
同时激发学习兴趣。
2.通过课件展示本节任务，让学生明确课堂任务。
活动二：调动思维探究新知一.导入新课:组织教学、吸引学生注意力，使学生进入上课状态。
二.1.新课讲解:借助PPT讲授机械基础基本知识内容，利用课件进行讲授，对比课件中的构造简图，对联轴器基本知识有一个初步的了解。
联轴器在机器停车后用拆卸方法才能把两轴分离或连接。
离合器在机械运转中可使两轴结合或分离。
制动器主要用来降低机械运动速度或使机械停止运转1—电动机 2—制动器 3—联轴器 4—减速器 5—离合器 6—卷筒学习机械基础基本知识的总体认知(1)听课、思考、结合生活实际，认真回答教师提出的问题。
电子课件-《机械基础(第六版)》-A02-3658 13第十三章 联轴器、离合器和制动器
3．装配联轴器
（1）装配前 将各零件清洗干净，擦干后在零件表面涂机油
（2）安装螺栓 在螺栓头的端面上垫上木块，用手锤敲击木块
（3）安装螺母 拧紧螺母时，分两次或三次逐步对称拧紧
§13—1 联轴器
联轴器用于连接两根不同机器或部件的轴
1—离心式水泵 2、4—联轴器 3—减速器 5—电动机
§13—1 联轴器
一、刚性联轴器
1．凸缘联轴器
凸缘联轴器
有对中榫凸缘联轴器
§13—1 联轴器
2．套筒联轴器
用平键连接套筒和轴 用圆锥销相连套筒和轴
§13—1 联轴器 二、无弹性元件挠性联轴器
1．滑块联轴器
1、7—轴 2、6—平键 3、5—半联 Nhomakorabea器 4—滑块
§13—1 联轴器
2．齿式联轴器
1—注油孔 2—有内齿的外壳 3—有外齿的套筒
§13—1 联轴器 三、有弹性元件挠性联轴器
1．弹性柱销联轴器
1—半联轴器 2—弹性柱销 3—挡板
§13—1 联轴器
2．弹性套柱销联轴器
§13—2 离合器
一、牙嵌离合器
1—左半离合器 2—右半离合器 3—导向键 4—滑环 5—对中环 6—紧定螺钉 7—平键
§13—2 离合器
常用牙嵌离合器的牙型
三角形
梯形
矩形
牙嵌离合器只能在停车或低速转动时才能进行接合
§13—2 离合器 二、单圆盘摩擦式离合器
1—主动轴 2—主动摩擦盘 3—滑动摩擦盘 4—从动摩擦盘 5—导向型平键 6—螺钉 7—滑环 8—普通型平键
第十三弹性元件演示文稿
第一节 概述
弹性元件的许用应力： Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类弹簧
碳素弹簧钢（65 、70钢）
第九页，共41页。
第二节 弹性元件的基本特性
弹性元件的基本特性 －＝f (F ) ( p, t ) 特性曲线：直线型、曲线型
－刚度 F ' lim ( F / ) dF / d 0 线性系统 F ' F / const
第六节 热双金属弹簧
组成：主动层、从动层 应用：温度测量元件、温度控制元件、温
度补偿元件
• 材料：主动层－黄铜、锰镊 合金、铁镊铬、镍钼合金
被动层－铁镍合金
带双金属片的闭合触点装置
第二十五页，共41页。
第七节 其它弹性元件简介
弹簧管
位移s
压力p
压力弹簧管
第二十六页，共41页。
弹簧管截面形状
第七节 其它弹性元件简介
波纹管
第二十七页，共41页。
第七节 其它弹性元件简介
波纹管的应用
密封元件
第二十八页，共41页。
介质分隔元件
导管挠性联接元件
第七节 其它弹性元件简介
膜片、膜盒
膜盒
膜片
a)平膜片 b)波纹膜片
第二十九页，共41页。
电容式压力传感器
End
第三十页，共41页。
弹性滞后现象
第十三弹性元件演示文稿
第一页，共41页。
（优选）第十三弹性元 件
第二页，共41页。
第一节 概述
弹性－弹性元件
主要功用
测力 产生振动
储存能量
缓冲和吸振
➢ 控制机械运动
➢ 改变机械的自振批率
➢ 消除空回和配合间隙
第三页，共41页。
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3. 弹性元件的类型 ① 片簧 ② 平面涡卷簧（平卷簧） ③ 螺旋弹簧 ④ 压力弹簧管 ⑤ 波纹管 ⑥ 膜片
第一节 概述
4. 按照弹性元件的用途分为两大类： ① 测量弹性元件 用来把某些物理的变化（如力、压力、温度 等）转变成弹性元件的变形，以便进行测量。 ② 力弹簧 用来作为传动系统的能源，或者完成结构力封 闭。 § 由于弹性元件的结构简单、价格低廉、工作可 靠，所以成为精密机械中应用比较广泛的零件之 一。
3. 圆弹簧丝直径
d = 1.6
Fmax K1C
[t T ]
(13 -12)
[t T ]－许用切应力，表 13－1
• 许用切应力随弹簧丝直径d的不同而不同，必须采用试算的方法， 才能得到d。
（三）刚度计算
1. 弹簧特性
弹簧承受轴向压力时，在圆形簧丝截面上作用有转矩T， 产生扭转变形
l = 8FD23n = 8FC3n
2. 各参数
§ 弹簧不受外力－H0自由长度 § 弹簧最小载荷（预压缩力）F1＝
（0.1~0.5） Fmax －H1－λ1。 § 弹簧最大载荷Fmax由工作条件决定
≤0.8F3－H2－λmax。 § 弹簧极限载荷F3(弹簧材料的屈服极限)
－H3－λ3。 § 工作行程λh ＝ λmax －λ1 ＝H1 －H2
(13 - 6)
1
n
=å
1
F ' i=1 Fi '
§ 刚度的倒数称为柔度。
§ 串联弹性元件系统，其柔度等于每个弹性元件柔度之 和。
二、影响弹性元件特性的因素
§ 弹性元件特性解析式 • 例：圆柱螺旋弹簧
l = 8D23n F = f (D, d, n,G) (13 - 7) Gd 4
F、l－弹簧所受载荷和变形量； D2、d、n－弹簧中径、簧丝直径和有效工作圈数； G－材料切变模量。
丝，对特性要求不严。
一、游丝的种类、要求和材料
2. 游丝能满足的要求：
① 能实现给定的弹性特性； ② 滞后和后效现象较小； ③ 特性不随温度变化而改变； ④ 具有好的防磁性和抗蚀性； ⑤ 游丝的重心位于几何中心上； ⑥ 游丝的圈间距离相等，在工作过程中没有碰圈现象； ⑦ 若兼作导电元件，游丝材料应具有较小的电阻系数。
• 按照游丝在机构中的作用、工作条件决定对游丝 的要求
一、游丝的种类、要求和材料
• 合理设计游丝结构、尺寸参数、采用完善的制 造工艺及正确地选用材料。
3. 材料
§ 锡磷青铜QSn4-3 § 恒弹性合金Ni42CrTi § 铍青铜
二、游丝的结构
1. 游丝的外端固定：锥销楔紧 2. 游丝的内端固定：冲榫的方法 3. 游丝导电：钎焊
£
sb
(13 -18)
W－弯曲时的截面系数；
K
－扭转弹簧的曲度系数；
2
[s b ]－许用弯曲应力。
五、圆柱螺旋扭转弹簧
③ 转矩作用的扭转变形
f f
(rad ) = M bl EI
(o) = 180M b EI
= D2
M n
bpD2 EI
n
ü ïï ý ï ïþ
I－弹簧丝截面的轴惯性矩
④ 弹簧圈数
(13 -19)
二、影响弹性元件特性的因素
§ （一）几何尺寸参数的影响
1. 几何dlZ
=
DlZ l
= 3 DD2 D2
- 4 Dd d
+ Dn n
2. 可以通过调整的方法消除。
(13 - 8)
二、影响弹性元件特性的因素
§ （二）温度的影响
1. 温度变化时切变模量的变化
• C越小，弹簧丝内外侧应力差越悬殊，材料利用率
越低；
• C过大，应力过小，弹簧卷制后有明显回弹，加工
误差大。
• 通常C=4~16，表13－2
（二）强度计算
2. 压缩弹簧最大切应力
t max
=
K1
8FD2 pd 3
(13 -11)
曲度系数K1
=
4C 4C
-1 -4
+
0.615 C
弹簧丝曲率和切向力对切应力的修正系数。
F'= F l
(13 - 3)
③ 刚度图解法求得，等于弹性元件特性曲线上过给定点
切线倾斜角的余切值。 F ' = dF = cota dl
一、弹性元件的基本特性
④ 线性特性的弹性元件
并联使用
n
å F = F1 + F2 +K + Fn = Fi i =1
(13 - 4)
每个弹性元件所承受的载荷为
Fi = Fi 'l代入（13－4）
3. 间隙δ≥0.1d，以免各圈彼此接 触
4. 结构尺寸计算：表13－3。
四、圆柱螺旋拉伸弹簧
1. 结构
2. 分类
① 无初拉力
§ 特性曲线－图13－14b
② 有初拉力
§ 特性曲线－图13－14c
§ 初拉力值：d<5mm， F0≈F3/3; d>5mm,F0 ≈ F3/4
F0
=
pd3 8D2
t
'
(13 -16)
Gd 4
Gd
（13－13）
F、l－弹簧所承受力和变形量；
D2、d、n－弹簧中径、簧丝直径和有效工作圈数； G－材料的切变模量。
（三）刚度计算
2. 弹簧有效圈数
n
=
Gld 8FC 3
(13 -14)
§ n<15，取n为0.5圈的倍数； § n>15，取n为整圈数。 § 弹簧有效圈数最少2圈
3. 弹簧刚度
H
－弹簧自由高度。
0
• 如果Fmax>Fc，应重选参数，改
变b值。
• 改变结构：设置导杆或导套。
（五）结构尺寸的计算
1. 死圈：压缩弹簧两端0.75~1.25 圈与弹簧座接触的支承圈，不参 加变形
2. 并紧死圈端部形式
• 受变载荷的重要重合，采用并紧磨 平端。
• 磨平长度不小于圆周长度的1/4， 末端厚度约＝0.25d(d，弹簧丝直 径)
n
F = lå Fi ' i =1
å \ F '=
F l
=
n i =1
Fi '
(13 - 5)
§ 并联弹性元件系统，其
刚度等于每个弹性元件
刚度之和。
一、弹性元件的基本特性
⑤ 线性特性的弹性元件串联使用
n
å l = l1 + l2 +L + ln = li i =1
å F ' =
1 n1
i=1 Fi '
• 考虑弹簧的使用条件（载荷性质、大小、循环特性、工 作温度、周围介质）、功用、重要程度。
•钢 • 有色金属 • 非金属材料－橡胶
4. 碳素弹簧钢丝优先选用的直径系列。
三、圆柱螺旋压缩弹簧
（一）特性线
1. 特性线：表示弹簧工作中，作用载 荷与变形之间的关系，等节距圆柱 螺旋压缩弹簧的特性线是一直线。
第二节 弹性元件的基本特性
一、弹性元件的基本特性
1. 定义：作用在弹性元件上的力、压力或温度 等与变形的关系。
§ 解析式表示为
l = f (F)ü
l
=
f
(
p)
ï ý
(13 -1)
l = f (t) ïþ
§ 线图表示
一、弹性元件的基本特性
2. 弹性元件特性的非线性度
• 特性曲线与理想直线的最大偏差和弹性元件的最大变
① 拉伸弹簧（代号—L型），见图13-6a； ② 压缩弹簧（代号—Y型），见图13-6b； ③ 扭转弹簧（代号—N型），见图13-6c。
一、螺旋弹簧的功能和种类
一、螺旋弹簧的功能和种类
二、弹簧材料
1. 弹簧材料的性能
• 高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、良好的热处理性 能
2. 主要弹簧材料的使用性能：表13－1。 3. 弹簧材料的选择
2014.12
精密机械设计基础
四 川 大 学 制 造 学 院 测 控 专 业
2014年12月15日星期一
13 弹性元件
主要内容
§ 1、弹性元件的基本特性 § 2、螺旋弹簧 § 3、游丝 § 4、片簧 § 5、热双金属弹簧 § 6、其他弹性元件简介
第一节 概述
1. 材料的弹性 • 外力作用下产生变形， 外力除去后恢复原状的 性能。
Gt = G0 (1+ aGDt) (13 - 9)
Gt－温度为t时材料的切变模量；
G0－标准温度t0时材料的切变模量；
a
－切变模量的温度系数；
G
Dt－温度差
相对变化
DG G0
= aGDt
2. 温度变化引起特性的相对误差
dlw
=
-
DG G0
=
-a G Dt
二、影响弹性元件特性的因素
3. 弹性模量与温度之间的关系
形的百分比。
Dlx
=
Dlmax lmax
´100%
(13 - 2)
一、弹性元件的基本特性
3. 弹性元件的刚度
① 当弹性元件具有非线性特性时，作用在弹性元件上的 载荷增量与其产生变形增量的比值在变形增量趋于零
时的极限，称为～。
F ' = lim ( DF ) = dF Dl®0 Dl dl
② 弹性元件具有线性特性时，刚度等于常数。
Et = E0 (1+ a EDt)
dlw
=
-
DE E0
=
-a EDt
4. 减少温度对弹性元件特性的影响方法 ① 采用温度系数极小的材料 ② 补偿方法