机械设计-弹簧

弹簧受力及刚度.MPG AFra Baidu bibliotekP
B
Psinα、Pcosα 弯矩：M=Tsinα 扭矩：T’=Tcosα
α=5°-9° 取：sinα=0 P A
cosα=1
B
DUT-MYL
B-B剖面
P PD 2 4P 2D 4P p T 2 3 2 1 2 1 2C d 4 d 16 d d d
8( Pmax P0 )C 3 n max Gd
P0
3
初拉力 P0
弹簧刚度 kp： ——单位变形所需的载荷
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d 3 0
8 KD
Gd Gd 4 kF 3 8C n 8D 3n P
五、弹簧设计步骤
已知： 特性曲线 (Pmax, λmax)
选择 材料
τ≤[τ] d
类型
拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、弯曲弹簧
2、按形状分
螺旋、环形、碟形弹簧，板簧、盘簧 拉 簧
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压 簧
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圆锥压簧
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扭簧
板簧
蝶形弹簧
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涡卷形弹簧
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3、弹簧的端部结构
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弹簧端部型式.MPG
弹簧工艺
三、弹簧的制造
冷卷 四、材料 要求：高的弹性极限、疲劳极限 ，足够的韧性、 塑性，好的热处理性——弹簧钢 常用材料： 60Si2Mn , 65Mn , 70 , 不锈钢 热卷
C =5-8
2）、簧丝剖面上承受 切向力 P— 剪应力 （较小的压应力） 转矩 T — 扭转剪应力 3）、簧丝截面上的最大剪应力在其内侧
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2、弹簧的变形
不同中径弹簧变形
8PD3n 8PC 3n 4 Gd Gd
压簧、无预应力拉簧： 有预应力拉簧：
8 PmaxC n max Gd
第 14 章 弹
本 章 内 容
簧
1、弹簧的用途、分类 2、弹簧的几何参数计算，特性曲线 3、弹簧的应力及变形
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§1
概
述
一、弹簧的用途 1、控制机构的运动；如制动器、离合器 2、减振和缓冲；如汽车、火车的减振弹簧 3、储存及输出能量；如钟表弹簧 4、测量力的大小；如弹簧称
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二、类型 1、按载荷分
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§2
圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧 的设计
一、几何参数 • 簧丝直径d、中径D、外径D2、内径D1、
• • 节距p、圈数n、自由高度H0、螺旋升角α、
D1=D-d，D2=D+d
p arctg D
α＝5°～9°
旋绕比C： C= D/d 常用 5-8
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二、特性曲线 —— 表示载荷与变形关系的曲线
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THE
END
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1+2C≈2C 略去τp 引入 K考虑簧丝升角、 曲率对应力的影响
P
8CP K T K 2 d
或：
d 8 KCP d 2
P K---曲度系数
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B-B截面应力分布
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要
点
1）、旋绕比 C（弹簧指数）
C 大— 弹簧软，易颤动 C 小— 卷制弹簧时，簧丝弯曲大
D、D1、D2
径向尺寸
kF
n
p、 H 0
轴向尺寸
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要 点
1、影响强度的主要因素 ——钢丝直径 d 2、影响刚度的因素 Gd Gd 4 kF 3 3 8 C n 8 D n 旋绕比 C＝D/d ： kF ∝1/C3 , C↑→→kF↓↓ 圈数n ： kF ∝1/n ， n↑→→kF↓ 3、弹簧刚度 λ一定时，kF↑→→P↑ 4、弹簧的串、并联 串联： kF↓ ； 并联： kF↑
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圆柱螺旋拉簧 圆柱螺旋压簧
P
圆锥螺旋拉簧 中凹、中凸形弹簧
P
等刚度
λ
刚度渐增 λ
三、失效形式与设计准则 失效形式： 1）疲劳断裂 ：火车弹簧 2）刚度失效：弹簧称 设计准则： 强度准则→→d 刚度准则→→n
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四、受载时的应力及变形 1、应力 轴向剖面 A-A 力： P 扭矩： T=P D/2 法向剖面 B-B