10弹性元件讲解
合集下载
弹性元件
矩
弹簧两端的相对位移。
第十三章 弹性元件
15
第三节 螺旋弹簧
圆柱形螺旋弹簧的型式（依载荷作用方式） -拉伸弹簧－L型 -压缩弹簧－Y型 -扭转弹簧－N型
第十三章 弹性元件
16
第三节 螺旋弹簧
圆柱螺旋弹簧的设计任务 已知：弹簧的最大工作载荷、最大工作变形以及 结构和工作条件（如安装空间、载荷性质） 求：弹簧的几何尺寸和结构参数；设计中既要保 证有足够的强度，又要符合载荷变形特性曲线的 要求，不失稳，工作可靠；优先选用标准弹簧。
计算简图
第十三章 弹性元件
29
致谢
本单元部分图片源自网络，无法溯源其原作 者，谨通过此方式向作者表示衷心感谢！并为无 法与原作者商榷版权事宜而深表遗憾。
天津大学 《精密机械设计基础》课程组
第十三章 弹性元件
30
圆柱螺旋压缩弹簧
不失稳的条件： 弹簧两端固定 b<5.3 弹簧一端固定，另一端回转 b<3.7 弹簧两端回转 b<2.6
c)可转钩环 d)可调钩环
第十三章 弹性元件
27
圆柱螺旋扭转弹簧
圆柱螺旋扭转弹簧
➢ 强度
bmax
K2
Mb W
b
➢ 受转矩T作用后的扭转变形
(rad )
M bl EI
M b D2n
EI
(o ) 180M b D2
EIn
第十三章 弹性元件
28
第三节 螺旋弹簧
例：设计一个有初应力圆柱螺旋拉伸弹簧。数据如 下：当弹簧变形量为6.5mm时，拉力F1＝180N； 变形量为17mm时，拉力Fmax＝340N；并限制其最 大外径在16mm以下，自由高度在100mm以下。 一般用途且并不经常工作。
弹性敏感元件PPT优秀课件
14
第二节 弹性敏感元件的基本特性
• 关于固有振动频率的理解
– 弹性元件的固有振动频率是描述弹性元件内在 特性的重要参数，它体现的是弹性元件固有的
特性
– 固有振动频率很大程度上决定弹性元件动态特 性的好坏。弹性元件的动态特性和变换被测参
数时的滞后作用，很大程度上与固有振动频率 有关
– 可以通过提高固有振动频率来减少动态误差，
• 从弹性特性曲线求得 刚度的方法
– 做切线 – 找夹角 – 求正切
k tan dF
dx
• 如果弹性元件的弹性
特性是线性的，则其
刚度为常数
7
第二节 弹性敏感元件的基本特性
• 灵敏度
– 灵敏度就是单位力产生变形的大小。
– 灵敏度是刚度的倒数，一般用Sn表示。
dx S n dF 弹性元件并联时
Sn
• 在流体压力测量中作为压力敏感元件，将压力 变换为弹簧管端部的位移
26
弹簧管
• 工作原理： • 位移与压力间的关系
d P 1 E 2b R 3 h 1 b a 2 2 x 2 si2 n 1 co 2s
极限压力
27
圆形膜片
•
当膜片的两面受到不同的压力（或
力）的作用时，膜片向压力低的一面应
• 应变
r
312
8 Eh
R23r2
P
• 固有频率
f0
0.492h R2
E
24
圆形膜片和膜盒（波纹膜片）
• 波纹形状：锯齿形、梯形、正弦形 • 波纹高度：0.7~1mm • 膜片厚度：0.05~0.3mm
25
弹簧管
• 又称波登管，它是弯曲成各种形状的空心管子， 大多数是C型弹簧管。
第二节 弹性敏感元件的基本特性
• 关于固有振动频率的理解
– 弹性元件的固有振动频率是描述弹性元件内在 特性的重要参数，它体现的是弹性元件固有的
特性
– 固有振动频率很大程度上决定弹性元件动态特 性的好坏。弹性元件的动态特性和变换被测参
数时的滞后作用，很大程度上与固有振动频率 有关
– 可以通过提高固有振动频率来减少动态误差，
• 从弹性特性曲线求得 刚度的方法
– 做切线 – 找夹角 – 求正切
k tan dF
dx
• 如果弹性元件的弹性
特性是线性的，则其
刚度为常数
7
第二节 弹性敏感元件的基本特性
• 灵敏度
– 灵敏度就是单位力产生变形的大小。
– 灵敏度是刚度的倒数，一般用Sn表示。
dx S n dF 弹性元件并联时
Sn
• 在流体压力测量中作为压力敏感元件，将压力 变换为弹簧管端部的位移
26
弹簧管
• 工作原理： • 位移与压力间的关系
d P 1 E 2b R 3 h 1 b a 2 2 x 2 si2 n 1 co 2s
极限压力
27
圆形膜片
•
当膜片的两面受到不同的压力（或
力）的作用时，膜片向压力低的一面应
• 应变
r
312
8 Eh
R23r2
P
• 固有频率
f0
0.492h R2
E
24
圆形膜片和膜盒（波纹膜片）
• 波纹形状：锯齿形、梯形、正弦形 • 波纹高度：0.7~1mm • 膜片厚度：0.05~0.3mm
25
弹簧管
• 又称波登管，它是弯曲成各种形状的空心管子， 大多数是C型弹簧管。
弹性元件
在弹簧片之 间夹入塑料 垫片，可减 少噪声。 请点击
单片弹簧和少片弹簧
单片 少片
特点： 断面尺寸沿长度方向变化，片宽保持不变； 请点击 减轻重量，节约材料。
三、螺旋弹簧
1、制造： 用弹簧钢棒料卷 制而成，可做成等螺 距或变螺距。
2、特点： 无需润滑、抗污 染、安装所需空间 小、质量轻。
三、螺旋弹簧 3、分类：等螺距和非等螺距螺旋弹簧
五、 气体弹簧 2、油气弹簧： （3）特点： 结构简单，工作可靠，加工要求较低，维护方便。 （4）应用： 重型汽车和高级轿车。
油气弹簧、空气弹簧同螺旋弹簧一样，只能承受轴向载 荷，在装置中必须设置纵向和横向推力杆的导向机构。
六、 橡胶弹簧
利用橡胶本身的弹性来缓和冲击、减小振动 ； 它可以承受压缩载荷与扭转载荷； 优点是：单位质量的储能量较金属弹簧多，隔音性能好，多 用在悬架的副簧和缓冲块。
二、钢板弹簧： 1、作用：既有弹 性元件的作用， 又可起到导向和 减振作用。 2、类型多片式、 少片式和单片式 3、应用广泛应用 于载货汽车
请点击
多片式钢板弹簧的位置
组成：
套管 螺栓
钢板弹簧 中心螺栓
卷耳
弹簧夹
螺母
构造特点： 弹簧片之间的摩 擦力可起到衰减 振动和导向的作 用。 非独立悬架
在弹簧片之间 涂上较稠的润 滑剂，可以减 少磨损。
四、扭杆弹簧 1、构造： 扭杆弹簧是一根由弹簧钢制成的杆，其一端固定在 车架上，另一端通过摆臂与车轮相连，当车轮跳动时， 摆臂便绕扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转弹性变形。 扭杆 摆臂
四、扭杆弹簧 2、工作过程：车轮运动时，杆便发生扭曲，起到弹簧 作用，保证车轮与车架的弹性联系。
将扭杆的固 定端转过一 个角度，则 摆臂的初始 位置将改变， 可借此调节 车身的高度。
第十章-弹性元件
§ 3 片簧和热敏双金属片簧 一 片簧
片簧：用狭长的金属带料和薄板料制成的弹性元件 工作方式分：单端刚性固定（即呈悬臂梁状态） 两端铰支（即呈简支梁状态）
片簧分为直片簧和曲片 簧两种 。
利用片簧结构的电触点应用很广，下图为片簧的应用实例
(a)为继电器的触头； (b)为压紧棘爪和棘轮以实现力封闭的弯曲片簧； (c)是作为压力计敏感元件的直片簧
S F
三种弹性误差现象
① 弹性滞后: 弹性元件在加载与卸载过程中，弹性特性曲线不重合 ② 弹性后效: 弹性元件的变形落后于载荷作用（加载或卸载）
③ 温度误差
Et E0 [1 (t t0 )]
E t ——温度为t℃时的弹性模量；
E0——在标准温度（一般为20℃）时的弹性模量； ——弹性模量温度系数；
K：修正系数
4C 1 0.615 K 4C 4 C
C D2 d , 称为弹簧的旋绕比。
通常情况下C=4~16，设计时可参照下表选取。
d/mm 0.2～0.4 0.5～1 1.1～2.2 2.5～6 7～16
C
7～14
5～12
5～10
4～ 9
4～ 8
2．压缩弹簧的稳定性
弹簧自由高度与中径之比成为弹簧的高径比，用 b H 0 D2
' F ≤ F C F H0 即： 2 C B
式中 CB ——不稳定系数； F ' ——弹簧刚度；
H 0 ——弹簧的自由高度。
如果不满足F2 Fc 则应重新选择参数，改变b值，提高FC。
3．扭簧的计算
64MD2 n 4 Ed
——在力矩M作用下扭转弹簧的转角；
M——作用在扭转弹簧上的力矩； n——有效圈数； E——材料的弹性模量； d——簧丝直径。
-弹性元件
（3）扭转弹簧
12.3.5圆柱螺旋弹簧的设计计算
例12-1 设计一个具有初应力的圆柱螺旋拉伸弹簧。已知弹簧作一般
用途且不经常工作；当弹簧变形量为6.5mm时，拉力=180N；当变 形量为17mm时，拉力；限制弹簧外径不大于16mm，自由高度不大 于l00mm。
解： （1）首先选择材料：作一般用途，属第Ⅲ类弹簧， 可以选用Ⅱ组碳素弹簧钢丝。 （2）初定弹簧中径和簧丝直径(尽量选用标准值)：限 制弹簧外径不大于16mm，同时弹簧的旋绕比通常不小于4， 所以簧丝直径应不大于3mm；初步选定弹簧中径D=12mm， 并假定三种不同的簧丝直径d=2.5mm、2.8mm、3mm，采用 列表法进行计算比较。 假设弹簧端部采用整圈钩环的型式。
第12章 弹性元件
弹簧的应用
弹簧的应用
12.1 概 述
12.1.1基本概念和功用 概念
弹性：材料在外力作用下产生变形，外力去除后能恢复原 状的性能，称为材料的弹性。 弹性元件：利用材料弹性性能和结构特点完成各种功能 的零部件称为弹性元件
12.1.1基本概念和功用
主要功用
1)测力 例如弹簧秤中的弹簧、测力矩扳手的弹簧等。 2)产生振动 例如振动筛、振动传输机中的支承弹簧等。 3)储存能量 例如钟表弹簧(发条)、枪栓弹簧等。 4)缓冲和吸振 例如各种车辆的减振弹簧和各种缓冲器中 的弹簧。 5)控制机械运动 例如内燃机气缸的阀门弹簧和离合器中 的控制弹簧。 6)改变机械的自振频率 例如用于电机和压缩机的弹性支 座。 7)消除空回和配合间隙 例如各种微动装置中用以消除空 回的压缩弹簧。
螺旋弹簧的特性与其几何尺寸和参数(D、 d、n)有关
z z D d n 3 4 D d n
可以采用调整的方法予以消除。如 调节弹簧的工作圈数n
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
机械设计基础 第17章 弹性元件
d S dF
17.2.3 刚度
1 dF F S d
1.多个线性弹性元件并联使用
F' F
F F '
i 1 i
n
n
n
i 1
i
n
Fi '
i 1
n
2.多个线性弹性元件串联使用
1 i 1 F' F F
i
Fi n 1 i 1 Fi ' F i 1 Fi '
弹簧的稳定性指标是高径 比b（b＝H0/D2）。当b较大时， 如果轴向载荷超过一定限度， 压缩弹簧就会产生侧向弯曲而 失去稳定性(图a)。
b值要求：弹簧支承为两端固 定时，b<5.3；当一端固定，另一 端转动时，b<3.7；当两端都转动 时，b<2.6。如果b值不满足上述 条件时，需加装导杆或导套(图b)。
17.4.1 圆柱螺旋弹簧的几何参数和弹簧特性线
总圈数n1 节距t 轴向间隙 最小间隙1 钢丝展开长度L 螺旋角
=t-d 1=0.1d
L= D2 n1/cos L= D2 n1+钩环展开长度
＝arctan(t/D2)
10
17.4.1 圆柱螺旋弹簧的几何参数和弹簧特性线
圆柱螺旋压缩弹簧的 几何尺寸及其特性曲线
压缩弹簧的失稳及对策
14
17.5 17.5.1
片簧 片簧的分类和作用
按外形分为：直片簧（图a）和弯片簧（图b、c）。 按板片形状分为：长方形、梯形和阶梯形等。 按板片数量分为：弹片弹簧和叠片弹簧。
15
17.5.2 片簧的计算
1.直片簧特性 自由端B的变形量：
4 L3 B Ebຫໍສະໝຸດ 3 F2.直片簧强度计算 最大允许载荷：
17.2.3 刚度
1 dF F S d
1.多个线性弹性元件并联使用
F' F
F F '
i 1 i
n
n
n
i 1
i
n
Fi '
i 1
n
2.多个线性弹性元件串联使用
1 i 1 F' F F
i
Fi n 1 i 1 Fi ' F i 1 Fi '
弹簧的稳定性指标是高径 比b（b＝H0/D2）。当b较大时， 如果轴向载荷超过一定限度， 压缩弹簧就会产生侧向弯曲而 失去稳定性(图a)。
b值要求：弹簧支承为两端固 定时，b<5.3；当一端固定，另一 端转动时，b<3.7；当两端都转动 时，b<2.6。如果b值不满足上述 条件时，需加装导杆或导套(图b)。
17.4.1 圆柱螺旋弹簧的几何参数和弹簧特性线
总圈数n1 节距t 轴向间隙 最小间隙1 钢丝展开长度L 螺旋角
=t-d 1=0.1d
L= D2 n1/cos L= D2 n1+钩环展开长度
＝arctan(t/D2)
10
17.4.1 圆柱螺旋弹簧的几何参数和弹簧特性线
圆柱螺旋压缩弹簧的 几何尺寸及其特性曲线
压缩弹簧的失稳及对策
14
17.5 17.5.1
片簧 片簧的分类和作用
按外形分为：直片簧（图a）和弯片簧（图b、c）。 按板片形状分为：长方形、梯形和阶梯形等。 按板片数量分为：弹片弹簧和叠片弹簧。
15
17.5.2 片簧的计算
1.直片簧特性 自由端B的变形量：
4 L3 B Ebຫໍສະໝຸດ 3 F2.直片簧强度计算 最大允许载荷：
第13章 弹性元件
变形改变在时间上落后于载荷改变的现象。 • 原因？ （应力、成分、加工、热处理）
13.3 螺旋弹簧
一、弹簧的功用、类型、材料 1. 功用？ （1）缓冲、吸振。 如（车辆弹簧）。 （2）储存能量。 如（钟表） （3）测量力的大小。 如 （4）控制机构运动或零件位置。如凸轮机构、阀门、离合器。 2. 类型？
拉伸（L）、压缩（Y）、扭转（N）
3.材料？
• 一般用弹簧钢
• 防腐蚀、防磁
有色金属
• 其它新材料？（橡胶、塑料、软木、空气）
二、圆柱螺旋压缩弹簧 1.特性线？ 载荷与变形之间关系
等节距圆柱螺旋弹簧的特性线是： 2.刚度计算？ （影响因素？）
3.稳定性？
• 当弹簧的高径比b=H0/D2较大时，载荷达到一定数值弹簧发 生的侧弯现象。 ————失稳
λ= λ1+ λ2+……… λn k=F/λ= Fi/（ λ1+ λ2+……… λn）
=1/（1/k1+1/k2+ ……….1/kn） n个线性单元并联系统：
k=F/λ=k1+k2+ ……….kn • 柔度？
二、影响弹性元件特性的因素
1. 形量的相对误差与（ ）、（ ）、（ ）
丝。 3. 固定方法？ 4. 游丝为标准件，可根据条件直接选用。
二、片簧 1.应用？ 2.外形、结构？
三、热双金属弹簧 1. 组成？
热双金属是由两个具有不同膨胀系数的薄金属片钎焊而成的。 其中，膨胀系数大的为主动层，膨胀系数小的为背动层。 2.工作原理？ 3.用途？ 测量、控制、补偿。 4.形状？
第13章 弹性元件
13.1 类型及作用
一、类型 ？ • 片簧 • 螺旋弹簧 • 弹簧管 • 波纹管 • 膜片 二、作用 1. 把某些物理量的变化转换成弹性元件的变形以便测量。 2. 提供能量或封闭力。
13.3 螺旋弹簧
一、弹簧的功用、类型、材料 1. 功用？ （1）缓冲、吸振。 如（车辆弹簧）。 （2）储存能量。 如（钟表） （3）测量力的大小。 如 （4）控制机构运动或零件位置。如凸轮机构、阀门、离合器。 2. 类型？
拉伸（L）、压缩（Y）、扭转（N）
3.材料？
• 一般用弹簧钢
• 防腐蚀、防磁
有色金属
• 其它新材料？（橡胶、塑料、软木、空气）
二、圆柱螺旋压缩弹簧 1.特性线？ 载荷与变形之间关系
等节距圆柱螺旋弹簧的特性线是： 2.刚度计算？ （影响因素？）
3.稳定性？
• 当弹簧的高径比b=H0/D2较大时，载荷达到一定数值弹簧发 生的侧弯现象。 ————失稳
λ= λ1+ λ2+……… λn k=F/λ= Fi/（ λ1+ λ2+……… λn）
=1/（1/k1+1/k2+ ……….1/kn） n个线性单元并联系统：
k=F/λ=k1+k2+ ……….kn • 柔度？
二、影响弹性元件特性的因素
1. 形量的相对误差与（ ）、（ ）、（ ）
丝。 3. 固定方法？ 4. 游丝为标准件，可根据条件直接选用。
二、片簧 1.应用？ 2.外形、结构？
三、热双金属弹簧 1. 组成？
热双金属是由两个具有不同膨胀系数的薄金属片钎焊而成的。 其中，膨胀系数大的为主动层，膨胀系数小的为背动层。 2.工作原理？ 3.用途？ 测量、控制、补偿。 4.形状？
第13章 弹性元件
13.1 类型及作用
一、类型 ？ • 片簧 • 螺旋弹簧 • 弹簧管 • 波纹管 • 膜片 二、作用 1. 把某些物理量的变化转换成弹性元件的变形以便测量。 2. 提供能量或封闭力。
弹性元件
④ 线性特性的弹性元件 并联使用 F F F F F (13 4 )
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
2019/1/5
第13章 弹性元件
15
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
2019/1/5
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
2019/1/5 第13章 弹性元件 16
一、螺旋弹簧的功能和种类
2019/1/5
第13章 弹性元件
t －温度差 G 相对变化 G t G0
；
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
2019/1/5
第13章 弹性元件
15
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
2019/1/5
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
2019/1/5 第13章 弹性元件 16
一、螺旋弹簧的功能和种类
2019/1/5
第13章 弹性元件
t －温度差 G 相对变化 G t G0
；
常见感受压力的弹性元件有膜片
机、电类
《传感器与检测技术项目教程》 模块四、压力检测 课件
内容简介
本模块介绍“压力” 等基本概念、电容式 压力表、两线制压力表、智能压力表、总线制 压力表，还介绍了陶瓷式压力传感器。
今天是：2019年7月30日星期二
模块四、压力检测（上）
知识链接、压力的基本概念
目录
项目一、电容式压力变送器 进入
点的压力，称为绝对压力，用p绝或pabs表示。
2.大气压传感器
大气压传感器的本质也是绝压传感器，只是正取 压口向大气敞开。
大气压是指以地球上某个位置的单位面积为起点， 向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量，用pa或p大 气表示。测量地点距离地面越高，或纬度越高，大气 压就越小。1954年第十届国际计量大会将大气压规定 为：在纬度45º的海平面上，当温度为0℃时，760mm 高水银柱所产生的压强称为标准大气压。若用千帕为 单位时，标准大气压为101.3kPa。
中真空
1333~1.33×10-1
高真空 超高真空 极高真空
1.33×10-1~10-6 10-6~10-10 <10-10
大气压与表压、绝对压力、相对真空度的关系
p表=p绝-p大气
p真空=|p绝-p大气|
例：用绝压传感器测量某容器的压力，读数为 90kPa，若测量地的大气压约为100kPa，则相对真空 度只有（负压为-10kPa）。
非差动电容传感器演示非差动式电容传感器1高压侧进气口2低压侧进气口3过滤片4空腔5柔性不锈钢波纹隔离膜片6导压硅油7凹形玻璃圆片8镀金凹形电极定极板9弹性平膜片10腔11铝合金外壳12限位波纹盘13过压力保护悬浮波纹膜片14公共参考端地电位15螺纹压力接头16测量转换电路及显示器铝合金盒17信号电缆图49差动电容式差压传感器见后页201871330图49差动电容式差压传感器非差动电容式传感器与差动传感器的特性比较图410非差动电容式传感器与差动电容式传感器的特性比较1c的电容位移特性2c的电容位移特性3c差接后的的电容位移特性图411fcxa型硅微电容式差压传感器结构1压力接口2陶瓷环3硅微加工固定膜片定极板4硅微加工感压膜片动极板5sio2绝缘层6金属化通孔fcxac型硅微电容式浮动膜盒差压传感器结构图412fcxac型硅微电容式浮动膜盒差压传感器结构1隔离膜片2波纹座4保护膜片5硅微电容式压力入口6测量小室室7单晶硅测量膜片8右定极板9左定极板10硅方块1测量高压介质时为安全起见压力表的表壳应向着墙壁或无人通过的位置
《传感器与检测技术项目教程》 模块四、压力检测 课件
内容简介
本模块介绍“压力” 等基本概念、电容式 压力表、两线制压力表、智能压力表、总线制 压力表，还介绍了陶瓷式压力传感器。
今天是：2019年7月30日星期二
模块四、压力检测（上）
知识链接、压力的基本概念
目录
项目一、电容式压力变送器 进入
点的压力，称为绝对压力，用p绝或pabs表示。
2.大气压传感器
大气压传感器的本质也是绝压传感器，只是正取 压口向大气敞开。
大气压是指以地球上某个位置的单位面积为起点， 向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量，用pa或p大 气表示。测量地点距离地面越高，或纬度越高，大气 压就越小。1954年第十届国际计量大会将大气压规定 为：在纬度45º的海平面上，当温度为0℃时，760mm 高水银柱所产生的压强称为标准大气压。若用千帕为 单位时，标准大气压为101.3kPa。
中真空
1333~1.33×10-1
高真空 超高真空 极高真空
1.33×10-1~10-6 10-6~10-10 <10-10
大气压与表压、绝对压力、相对真空度的关系
p表=p绝-p大气
p真空=|p绝-p大气|
例：用绝压传感器测量某容器的压力，读数为 90kPa，若测量地的大气压约为100kPa，则相对真空 度只有（负压为-10kPa）。
非差动电容传感器演示非差动式电容传感器1高压侧进气口2低压侧进气口3过滤片4空腔5柔性不锈钢波纹隔离膜片6导压硅油7凹形玻璃圆片8镀金凹形电极定极板9弹性平膜片10腔11铝合金外壳12限位波纹盘13过压力保护悬浮波纹膜片14公共参考端地电位15螺纹压力接头16测量转换电路及显示器铝合金盒17信号电缆图49差动电容式差压传感器见后页201871330图49差动电容式差压传感器非差动电容式传感器与差动传感器的特性比较图410非差动电容式传感器与差动电容式传感器的特性比较1c的电容位移特性2c的电容位移特性3c差接后的的电容位移特性图411fcxa型硅微电容式差压传感器结构1压力接口2陶瓷环3硅微加工固定膜片定极板4硅微加工感压膜片动极板5sio2绝缘层6金属化通孔fcxac型硅微电容式浮动膜盒差压传感器结构图412fcxac型硅微电容式浮动膜盒差压传感器结构1隔离膜片2波纹座4保护膜片5硅微电容式压力入口6测量小室室7单晶硅测量膜片8右定极板9左定极板10硅方块1测量高压介质时为安全起见压力表的表壳应向着墙壁或无人通过的位置
弹性元件在机械系统动力学分析中的作用
弹性元件在机械系统动力学分析中的作用在机械系统中，弹性元件扮演着至关重要的角色。
它们就像是系统中的“缓冲器”和“调节器”，对系统的性能、稳定性和可靠性产生着深远的影响。
首先，我们来理解一下什么是弹性元件。
简单来说，弹性元件是指那些在受到外力作用时能够发生弹性变形，并且当外力去除后能够恢复原状的机械部件。
常见的弹性元件包括弹簧、橡胶垫、金属片簧等。
这些元件具有不同的弹性特性，适用于各种不同的机械系统。
弹性元件在机械系统动力学分析中的一个重要作用是储存和释放能量。
以弹簧为例，当它被压缩或拉伸时，会储存势能。
在机械系统的运行过程中，这种能量的储存和释放能够起到调节运动速度和力的作用。
比如在汽车的悬挂系统中，弹簧可以吸收路面的冲击能量，然后在适当的时候释放出来，使车辆行驶更加平稳。
如果没有弹簧这样的弹性元件，车辆在行驶过程中会受到强烈的震动，不仅影响乘坐舒适性，还可能对车辆的结构造成损坏。
其次，弹性元件能够减小机械系统中的冲击和振动。
在许多机械系统中，冲击和振动是不可避免的。
例如，在发动机的工作过程中，活塞的往复运动、气门的开闭等都会产生振动。
而通过安装合适的弹性元件，如减震器，可以有效地吸收和减少这些振动，降低系统的噪声，延长机械部件的使用寿命。
在一些高精度的机械设备中，如机床，减小振动更是保证加工精度的关键。
弹性元件的存在可以使机床的运动更加平稳，从而提高加工零件的质量。
再者，弹性元件有助于实现机械系统的缓冲和保护功能。
在一些需要频繁启停或承受较大载荷变化的机械系统中，弹性元件可以起到缓冲的作用，避免部件之间的刚性碰撞。
比如在起重机的吊钩装置中，通常会安装弹簧来缓冲起吊重物时的冲击力，保护吊钩和绳索不受过大的拉力。
在一些过载保护装置中，弹性元件也被广泛应用。
当系统受到的载荷超过一定限度时，弹性元件会发生较大的变形，触发保护机制，使系统停止运行，从而避免设备的损坏。
此外，弹性元件还能够改善机械系统的动态响应特性。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
0
p
D D2 D1
2 1
3
O F0
F
减小弹性迟滞效应的措施：
(1)选取较大的安全系数； (2)采用弹性滞后和弹性后效较小的材料； (3)合理选择结构和元件的联接方法； (4)减少弹性元件工作时的应力集中；
(5)制定合理的工艺，特别是热处理工艺。
4、弹性元件的材料
加工硬化型材料是在加工过程中经冷作硬化而获得较高 的弹性。这类材料在退火状态时具有良好的塑性，便于 成型加工，在加工过程中，引起材料冷作硬化，从而获 得较好的弹性。
d
拉伸弹簧的端 部结构形式
3、扭转弹簧
T
T lim
T max T min
min max lim
扭转弹簧的特性如左图，呈螺旋形，两端带有杆臂 或挂钩，自由状态下，各弹簧圈间留有少量间隙。扭 转弹簧的特性线见右图。
支承圈(死圈):0.75~1.25圈
弹簧的主要几何参数：
外径D 螺旋升角α
§10—2 螺旋弹簧
螺旋弹簧是用线材绕制成的空间螺旋形的弹性元件 一、螺旋弹簧的分类、结构和几何尺寸计算 按外形可分为三类： (1)圆柱形螺旋弹簧； (2)圆锥形螺旋弹簧； (3)其他形状的螺旋弹簧(如鼓形)。 圆柱形螺旋弹簧根据载荷作用方式不同又可分为三种形式： (1)L型——拉伸弹簧(简称拉簧)； (2)Y型——压缩弹簧(简称压簧)； (3)N型——扭转弹簧(简称扭簧)。
淬火硬化型材料是通过淬火、再经回火获得所需的弹性 和强度。 弥散硬化型材料在淬火后具有良好的塑性，然后在塑性 下加工成型，成型后的元件再经过时效回火处理可获得 很好的弹性。
按弹性合金的性能来分 (1)铜基弹性合金 (2)高弹性合金 (3)高温度弹性合金 (4)耐腐蚀高弹性合金 (5)恒弹性合金 制造弹性元件的非金属材料有像胶、塑料、石英和硅等
铁镍合金 -0.01×10-4/℃
弹性滞后与弹性后效现象 弹性滞后：指在弹性范围内加载和去载时的特性曲线不 相重合的现象
2 1
O F0 弹性滞后现象 F
( 2 1 ) max
max
100%
弹性后效现象 弹性后效：指弹性元件加载后，并不立即完成相应的 变化，而是要经过一定的时间才逐渐完成弹性变形的 现象 描述的是弹性的时间效应 弹性元件的滞后和后效是 同时发生的，因此常称为 弹性迟滞
O
常见弹簧的种类及特性曲线
2、变形能 加载过程中弹簧所吸收的能量称为变形能
F
对于拉、压弹簧
U F ( )d
0
A
载 加
U0 U
卸载
对于扭转弹簧
U T ( )d
0
O
B
加载与卸载特性线所包围的面积即代表消耗的能 量U0，U0越大，说明弹簧的吸振能力越强。U0与U之 比值称为阻尼系数。
弹性元件的特性与弹性元件材料的弹性模量有关
Et E0 (1 E t )
E E t E0
E d E E t E0
常用材料的温度系数
材料 E 材料 E
磷青铜 -4.8×104/℃ 碳素钢 -2.0×104/℃
不锈钢 -3.5×104/℃
铍青铜 -3.1×104/℃
Nl 虎克定律 ，E弹性模量 l EA
圆柱螺旋弹簧 F
环形弹簧
F
F
F
F 圆锥螺旋弹簧
盘弹簧
F
F
F
碟形弹簧
F
F
板弹簧
F
F F F
c/2
c/2
F
F
F
第十章
弹性元件
§10—1 概 述* §10—2 螺旋弹簧** §10—3 其它类型弹簧简介*游丝 §10-4 键联接和花键联接
§10-5 销 联 接
§10—1 概 述 一、弹性元件的功用
中径D2
内径D1
弹簧丝直径d
自由高度H0
节距t
工作圈数n
弹簧指数C=D2/d
杆受拉变形分析
l l1 l l l
绝对变形 相对变形（杆件轴线方向的线应变）
杆受拉变形分析
当杆内应力在一定范围(比例极限)内，杆 的伸长(或缩短) l与拉力P和杆的原长L成 正比。与杆的横截面面积A成反比，引入 比例常数E并令N＝P则
d S dF
灵敏度S的倒数称为弹性元件的刚度K，即
dF K d
弹簧的刚度——弹簧的载荷变化量与变形变化量之比， 以k表示
拉压弹簧
dF k d
扭转弹簧
F
k
dT d
B D A C
弹簧特性线呈直线的， 其刚度为常数，称为定刚度 弹簧；当特性线呈折线或曲
线时，其刚度是变化的，称
为变刚度弹簧。