弹簧受力分析

工艺试验包括：耐冲击、疲劳等试验。
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作者： 潘存云教授
三、弹簧的材料及许用应力 1、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。
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。
组别
0.2 0.3 0.5 0.8
钢丝直径 d/ mm
1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 8.0
I 2700 2700 2650 2600 2500 2400 2200 2000 1800 1700 1650 1600 1500 1500 1450 --II、IIa 2250 2250 2200 2150 2050 1950潘1存8云5教0授1研8制00 1650 1650 1550 1500 1400 1400 1350 1250
第16章 弹 簧
§16-1 弹簧概述 §16-2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、
材料及许用应力 §16-3 圆柱螺旋拉压弹簧的设计计算 §16-4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 §16-5 其它弹簧简介
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§16-1 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，
但尺寸大了不易淬 透，只适用于小弹 簧。
60Si1Mn 480 640
弹性和回火稳定性
800 –40~200 45~50HRC 好，易脱碳，用于
制造受重载的弹簧。
合金弹 50CrVA 450 600 簧钢丝
有高的疲劳极限，
750
–40~210
45~50HRC
弹性、淬透性和回 火稳定性好，常用
于承受变载的弹簧
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; 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；
如凸轮机构、离合器、阀门等；
4. 测量力的大小 ；如弹簧秤中的弹簧
5. 改变系统的自振频率。 圆柱形
分类
螺旋 弹簧
按形状分 截锥形
拉伸弹簧 按受载分 压缩弹簧
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特点：结构简单、制造容易、但弯曲应力 大。应用于中小载荷与不重要的场合。
特点：弯曲应力小。适用于变载荷 的场，但成本较高。
拉伸弹簧的结构尺寸计算与压缩弹簧相同。
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二、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。
扭转弹簧
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分类
按形状分 螺旋弹簧 环形弹簧 按受载分 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
潘存云教授研制
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§16-2 圆柱螺旋弹簧的结Fra Baidu bibliotek、制造方法、 材料及许用应力
一、圆柱螺旋弹簧的结构形式
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表16—1 螺旋弹簧的常用材料和许用应力
材料
许用切应力 / MPa
名称
牌号
Ⅰ类弹簧 Ⅱ类弹簧
Ⅲ类弹簧
推荐使用 温度℃
推荐硬度 范围
特性及用途
[τI]
[τII]
[τIII]
碳素弹簧
强度高，性能好，
钢丝Ⅰ, 65、70 0.3σB 0.4σB 0.5σB –40~120 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ
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冷卷：d<10 mm → 低温回火，消除应力
热卷：d≥ 10 mm，卷制温度：800~1000℃
→ 淬火、回火
▲ 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。
经强压处理可提高承载能力。 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。
III 1750 1750 1700 2170 1650 1550 1450 1400 1300 1300 1200 1150 1150 1100 1350 1250
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§16-3 拉伸(压缩)弹簧的设计计算
一、几何尺寸计算
节距：t = d +δ 间距:
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。
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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。
n为有效圈数
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δ
为使工作平稳，n1的尾数 取1/2
磨平
不磨平
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2、 拉伸弹簧 a) 各圈相互并紧δ=0； b) 制作完成后具有初拉力； c) 端部做有拉钩，以便安装和加载。
拉钩形式：半圆钩环型、圆钩环型、 改进后的结构 转钩、可调转钩。
潘存云教授研制
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4Cr13 450 600
耐腐蚀，耐高温，
750 –40~300 48~5潘3存H云R教C授研适制 用于做较大的
弹簧
青铜丝 QSi3-1 270 360 QSn4-3 270 360
450 –40~120 90~100HBS 耐腐蚀，防磁好 450
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表16—2 碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限
1、圆柱螺旋压缩弹簧
变形用
压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定间距δ 。
支承圈或死圈----两端有3/4~5/4圈并紧，以使弹簧站
立平直，这部分不参与变形。
磨平长度不小于3/4圈，端部厚度近似为d/4
端部磨平----重要弹簧
d/4
端部不磨平---- 一般用途
压缩弹簧的总圈数： n1 = n+(1.5~2.5)
2、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。