拉伸弹簧的设计计算PPT课件

§15—2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料
一、圆柱螺旋弹簧的结构
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。
d
p
d1
H0
d
(3/4)d
D1 D2 D
并紧不磨平端
并紧磨平端
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圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料
2、拉伸弹簧
H0 p
D D2 D1
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 和有初拉力两种。
以b表示,要求 b H 0 b
D2
当弹簧两端固定时，[b]=5.3；当弹簧一端固定， 另一端铰支时，[b]=3.7。
制造弹簧的弹簧丝展开长度： 对于压缩弹簧： L D2n1
cos
式中 为未加载时的螺旋升角，一般 5 ~9
对于拉伸弹簧： L D2n1 l cos
式中 l 为拉伸弹簧挂钩部分的展开长度。 2021
2、弹簧的许用应力
弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关. 2021
§15—3 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算
一、弹簧特性线(压缩弹簧)
dd
p
D1 D2 D
弹簧特性线——表示弹簧载荷 与变形量之间的关系曲线．
预紧力F1称为弹簧的最小 载荷。Fmax(F2)为弹簧所承受
H0 H1 H2
的最大工作载荷，此时，弹
当压缩弹簧承受
轴向载荷F的作用时，
钢丝剖面A-A上作用
F
D2 2
T''
着横向力F和扭矩T，
A-A剖面呈椭圆形，
现取垂直于钢丝轴
线的剖面B-B。
B
F
D2 2
M
A
N
Q
F
A
B
F
F D2/2
m d
T
=F
D2 2
n 剖面B-B
F
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圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计计算
2、弹簧应力
压缩弹簧最大切应力
发生在弹簧丝内侧,其
机械设计基础
第四十八讲
主讲教师：曾平
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学时：４８
第十五章 弹 簧
学习内容 学习要求 思考题与习题
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学习内容
§15—1 概述 §15—2 弹簧的制造、材料和许用应力 §15—3 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的
设计计算
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学习要求：
1.了解弹簧的功用、种类结构材料和制 造工艺等基础知识；
值为:
max
8CF
Kd2
式弹中簧:K丝—直曲径度d系: 数
max=K
=F+T
F
T
BB
m
n
K d 441C C.614K0F.C 621C5
C —弹簧指数（旋绕比）。
C D2 d
卷绕困难,且工作时弹簧内侧应力
C
弹簧不稳定,易颤动. 通常C=5～
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10
圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计计算
三、弹簧的刚度计算
• 2 对制造弹簧的材料有哪些主要要求？常 用金属材料有哪些？
• 3 什么是弹簧的特性曲线？弹簧的刚度是 如何定义的？
• 4 对制造弹簧的材料有哪些主要要求？常 用金属材料有哪些？
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思考题与习题
5.已知圆柱螺旋压缩弹簧中径D2=16mm， 弹簧丝直径d＝3mm，材料为碳素弹簧钢丝C 级,Ⅲ类弹簧，承受静载荷，弹簧工作圈数n＝ 4，支承端部并紧磨平。 试计算： 1)弹簧所能承受的最大载荷Fmax及最大载荷 下的变形量λmax 2)弹簧节距t，自由高度Ho及弹簧工作圈数n ； 3)计算弹簧所需钢丝长度；
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d
拉伸弹簧的 端部结构形式
圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料
二、圆柱螺旋弹簧的制造
弹簧的卷制方法有冷卷法和热卷法
三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力
1、弹簧的材料
要求弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限， 足够的韧性和塑性，良好的热处理性能。常用的弹簧 材料有：碳素弹簧钢（如60、75、65Mn等）、硅锰弹 簧钢（如60Si2MnA）、铬钒弹簧钢（如50Cr-VA）、 不锈钢（如1Cr18Ni9）及青铜（如QBe2）等。
F3
F
百度文库
F max
簧高度压缩到H2，相应变形 为λmax，该时刻弹簧各圈之间
O
F1
U
仍应保留δ1的间隙，称为余 隙。
1
2
max
3
H3
F3为弹簧的极限载荷。 弹簧的工作行程λ2= λmax-λ1 2021
载荷-变形特性线图
圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计计算
二、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算
1、弹簧受力
F D2/2
1、弹簧的变形
8G FD d243n8G FCd3
2、弹簧刚度和圈数
弹簧刚度 k F Gd
8C3n
弹簧的有效圈数
n
G2d
8F2C3
Gd 8C3k
弹簧的总圈数 n1n(1.5~2.5)圈
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圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计计算
3、弹簧的稳定性验算
压缩弹簧的自由高度H0与中径D2之比称为高径比，
2.了解弹簧的工作特点、特性曲线、刚 度和稳定性等基本概念；
3.熟悉圆柱螺旋压缩、拉伸弹簧的设计 计算，主要包括强度和刚度计算、基 本参数和几何尺寸计算、结构设计、 特性曲线等。
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§15—1 概述
一、弹簧的功用
弹簧是一种弹性的元件，它具有刚度小、变 形大、在载荷作用下易产生较大弹性变形等特 点，在各类机械中应用十分广泛。
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概述
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概述
•图示为螺旋压 缩弹簧和拉伸弹 簧。压簧在自由 状态下各圈间应 留有一定的余留
间隙d1。为使载
荷沿弹簧轴线传 递，弹簧的两端 各有3/4～5/4圈 与邻圈并紧，称 为死圈。死圈端 部必须磨平。
圆柱形螺旋弹簧的结构
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概述
本章主要介绍圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧 2021
d/4
小结：
• 强度计算－用来决定弹簧丝的直径d; • 刚度计算－用来决定弹簧有效工作圈数n; • 结构尺寸计算－用来确定结构尺寸及绘制
制造图纸； • 稳定性验算－对压缩弹簧以高径比做稳定
性验算，若不满足应调整结 构参数或设置导套．
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祝同学们 学习顺利！
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思考题与习题
• 1 金属弹簧按形状和承受载荷的不同，有 哪些主要类型？哪种弹簧应用最广？
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思考题与习题
6.设计一圆截面簧线的压缩螺旋弹簧。 当最大工作载荷Fmax=1000N时，其 对应的变形λmax＝15mm，所受载荷 为静载荷。
弹簧的主要功用有：
（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 。
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概述
二、弹簧的类型 按弹簧承受的载荷分：
拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 弯曲弹簧
按照弹簧的形状分：
螺旋弹簧 环形弹簧 碟形弹簧 板簧 盘簧
螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造 简便，所以应用最广。在一般机械中，最常用的 是圆柱螺旋弹簧。