哈工大机械设计程授老师赵小力讲描述PPT课件
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哈工大机械设计课程(授课老师：赵小力)赵老师的课件。第5讲
(d d 2 d d1 ) 2 4a
3. 中心距a
a 2 Ld (d d 2 d d1 ) [2 Ld (d d 2 d d1 )] 2 8(d d 2 d d1 ) 2 8
机械设计系
《机械设计》 赵小力
7.3 带传动的理论基础
二、带传动的受力分析
不工作时 带两边所受拉力 均为初拉力F0
《机械设计》 赵小力
机械设计系
基本定义
节线与节面： • V带在作纵向弯曲时，在带中保持不变的周线称为V带 的节线，由节线组成的面称为节面。 节宽： bp • 带的节面宽度称为节宽。 带的基准长度： Ld • 在规定的张紧力下，V带位于两测量带轮基准直径上的 周线长度称为带的基准长度。 带轮基准直径： d d • V带轮在轮槽基准宽度处的直径称为V带轮的基准直径。
《机械设计》 赵小力
机械设计系
弹性滑动
1）弹性滑动定义：由于带的弹性变形而引起的带与带 轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动。 2）弹性滑动特点：弹性滑动是带传动中不可避免的现 象，是正常工作时固有的特性。
3）弹性滑动会引起下列后果： （1）从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载 荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确； （2）损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高； 并引起传动带磨损。
四、带传动的弹性滑动和打滑现象
带为弹性，受力伸长 带的紧边伸长量大于松边伸长量 当带的紧边在b点进入主动轮时，带和轮线速度相等，均为V1， 当由b到c过程中，F1减为F2，带的伸长量减少，带相对带轮向后 缩了一点，使带速逐渐落后带轮速度，而主动带轮各点速度不变 ，到c点后带速降为V2，带和带轮的速度差导致一种相对滑动。
F1-F0=F0-F2 2F0=F1+F2
哈工大机械设计课程(授课老师：赵小力)第13 14讲解读
深沟球轴承 62/500,内径 以及 22、28、32 尺寸系列代号与内径代号之 d=500mm 间用“/”号隔开 62/22,内径 d=22mm
500
4.内部结构代号
代号 C AC B
B
示例 角接触球轴承 公称接触角 15 角接触球轴承 公称接触角 25 角接触球轴承 公称接触角 40 圆锥滚子轴承 接触角加大 如 7210C 如 7210AC 如 7210B 32310B
对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变 形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度 计算。 对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形 式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转 速。
10.5 滚动轴承的寿命计算
一、基本概念与公式
疲劳寿命 在一定载荷作用运转的单个滚动轴承，出现疲劳点蚀前 所经历的总转数或在一定转速下所经历的小时数，称为 滚动轴承的疲劳寿命。
Q2
δ
Fr
Q2 Q1
Q1
Qmax
1.疲劳点蚀
内外圈或滚动体的某一点在工作过程中呈接触-脱离-再 接触-再脱离的重复变化，就引起了疲劳点蚀。 轴承在点蚀发生后引起噪声、振动、发热等，导致其不 能正常工作。
2.塑性变形（过大静载荷或冲击载荷）
较多出现在低速或摆动、不转动的轴承，因冲击 造成滚动体或滚道产生局部塑性变形或破裂，导 致振动、噪声、运转精度下降等现象。
尺寸类型代号,其中 宽度类型代号为0,窄系列,省略不写, 直径系列代号为2,轻系列
轴承类型为角接触球轴承
6308： 6─深沟球轴承，（0）3─中系列，08 ─内径d=40mm， 精度等 级为P0级，游隙组为C0组； N 105/P5： N─圆柱滚子轴承，（0）1─特轻系列，05─内径d=20mm，精 度等级为P5级，游隙组为C0组； 7─角接触球轴承，（0）2─轻系列，14─内径d=70mm，精度 7214AC/P4： 等级为P4级，游隙组为C0组，公称接触角α=15°； 31213： 3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，1─正常宽度 (1不可省略)，精度等级为P0级，游隙组为C0组； 6103： 6─深沟球轴承，（0）1─特轻系列，03─内径d=17mm，精度等级为 P0级，游隙组为C0组；
哈工大机械设计课程(授课老师赵小力)第1讲描述
(3)选择材料，与直径d确定许用应力
2.根据强度条件试算弹簧丝直径 d ' ，校核后圆整。
3.根据变形条件计算弹簧工作圈数。 4.计算弹簧主要尺寸。 5.验算稳定性。 6.绘制弹簧工作图。
《机械设计》 赵小力
《机械设计》 赵小力
随堂测试（3）
一、齿轮传动、蜗杆传动和弹簧等章节中对许 用应力都有专门描述，试分析其原因。
14.2.2 弹簧的材料
➢ 弹簧材料要求 1）较高的弹性极限、强度极限、疲劳极限和冲击韧性 2）良好的热处理性能，热处理后经久不变的弹性，且 脱碳性要小 3）对冷拔材料要求有均匀的硬度和良好的塑性
➢ 弹簧材料 常用弹簧材料：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢等； 受力小、防腐蚀、防磁等：有色金属，如青铜； 非金属弹簧材料：橡胶、塑料、软木及空气等。
《机械设计》 赵小力
第十四章 弹簧
基本要求
1）了解弹簧的功用、分类、材料、许用应力的确定 2）掌握圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的主要几何参
数、特性线、强度计算与刚度计算的目的和计算 公式；
重点和难点
圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算。
《机械设计》 赵小力
14.1 概述
• 弹簧的主要功用 1、缓冲、吸振和隔震，车辆、沙发等
注意表14.3（P287），与簧丝直径此表中：B、C、D级是指弹簧丝材料的机械强度组别 B——低应力弹簧 C——中应力弹簧 D——高应力弹簧
初取C
根据空间 初取D
《机械设计》 赵小力
估取簧 丝直径d
强度计 算得d’
结构 设计
《机械设计》 赵小力
14.3 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算
当d>＝8mm用热卷，热卷温度按d大小，在800oC～1000oC之间
2.根据强度条件试算弹簧丝直径 d ' ，校核后圆整。
3.根据变形条件计算弹簧工作圈数。 4.计算弹簧主要尺寸。 5.验算稳定性。 6.绘制弹簧工作图。
《机械设计》 赵小力
《机械设计》 赵小力
随堂测试（3）
一、齿轮传动、蜗杆传动和弹簧等章节中对许 用应力都有专门描述，试分析其原因。
14.2.2 弹簧的材料
➢ 弹簧材料要求 1）较高的弹性极限、强度极限、疲劳极限和冲击韧性 2）良好的热处理性能，热处理后经久不变的弹性，且 脱碳性要小 3）对冷拔材料要求有均匀的硬度和良好的塑性
➢ 弹簧材料 常用弹簧材料：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢等； 受力小、防腐蚀、防磁等：有色金属，如青铜； 非金属弹簧材料：橡胶、塑料、软木及空气等。
《机械设计》 赵小力
第十四章 弹簧
基本要求
1）了解弹簧的功用、分类、材料、许用应力的确定 2）掌握圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的主要几何参
数、特性线、强度计算与刚度计算的目的和计算 公式；
重点和难点
圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算。
《机械设计》 赵小力
14.1 概述
• 弹簧的主要功用 1、缓冲、吸振和隔震，车辆、沙发等
注意表14.3（P287），与簧丝直径此表中：B、C、D级是指弹簧丝材料的机械强度组别 B——低应力弹簧 C——中应力弹簧 D——高应力弹簧
初取C
根据空间 初取D
《机械设计》 赵小力
估取簧 丝直径d
强度计 算得d’
结构 设计
《机械设计》 赵小力
14.3 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算
当d>＝8mm用热卷，热卷温度按d大小，在800oC～1000oC之间
哈工大机械设计课程总结资料PPT学习教案
40
课程总结
软齿面齿轮：局限性点蚀（新齿）——扩展性点蚀。 硬齿面齿轮：扩展式点蚀 开式传动：无点蚀（v磨损 > v点蚀）
齿面疲劳点蚀实例
第40页/共83页
41
课程总结
3、齿面磨损 常在开式齿轮传动中
磨损原因：齿面进入磨料
磨损后果：齿形破坏引起冲击 和振动， 齿厚变薄甚至断齿
防止磨损： 改善润滑 提高齿面硬度 改用闭式传动
kW
第33页/共83页
34
课程总结
2、带传动
第34页/共83页
1、确定设计功率
2、选择带型
3、确定带轮的基准直 径dd1和dd2 4、验算带的速度
5、确定中心距a和V带 长度Ld 6、计算小轮包角a1 7、确定V带的根数z
8、确定初拉力F0 9、计算压轴力
35
课程总结
3、基1）齿本掌轮要握求传齿：动轮传动的失效形式及其机理、失效部位，以及针
第27页/共83页
28 28
课程总结
2、带传动
平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中 心距较大的场合应用较多。
一般机械传动中应用最广的带传动是Ｖ带传动，在 同样的张紧力下Ｖ带较平带传动能产生更大的摩擦 力。 多楔带传动兼有平带和Ｖ带传动优点，柔韧性好、摩 擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑场合。
第4页/共83页
5
课程总结
1、螺纹连接
大径d--即螺纹的公称直径
小径d1--常用于连接的强度计算 中径d2--常用于连接的几何计算 螺距P--螺纹相邻两个牙型上对应点间的
轴向距离
线数n--螺纹的螺旋线数目
导程S--螺纹上任一点沿同一条螺旋线转
一周所移动的轴向距离，S=nP
课程总结
软齿面齿轮：局限性点蚀（新齿）——扩展性点蚀。 硬齿面齿轮：扩展式点蚀 开式传动：无点蚀（v磨损 > v点蚀）
齿面疲劳点蚀实例
第40页/共83页
41
课程总结
3、齿面磨损 常在开式齿轮传动中
磨损原因：齿面进入磨料
磨损后果：齿形破坏引起冲击 和振动， 齿厚变薄甚至断齿
防止磨损： 改善润滑 提高齿面硬度 改用闭式传动
kW
第33页/共83页
34
课程总结
2、带传动
第34页/共83页
1、确定设计功率
2、选择带型
3、确定带轮的基准直 径dd1和dd2 4、验算带的速度
5、确定中心距a和V带 长度Ld 6、计算小轮包角a1 7、确定V带的根数z
8、确定初拉力F0 9、计算压轴力
35
课程总结
3、基1）齿本掌轮要握求传齿：动轮传动的失效形式及其机理、失效部位，以及针
第27页/共83页
28 28
课程总结
2、带传动
平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中 心距较大的场合应用较多。
一般机械传动中应用最广的带传动是Ｖ带传动，在 同样的张紧力下Ｖ带较平带传动能产生更大的摩擦 力。 多楔带传动兼有平带和Ｖ带传动优点，柔韧性好、摩 擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑场合。
第4页/共83页
5
课程总结
1、螺纹连接
大径d--即螺纹的公称直径
小径d1--常用于连接的强度计算 中径d2--常用于连接的几何计算 螺距P--螺纹相邻两个牙型上对应点间的
轴向距离
线数n--螺纹的螺旋线数目
导程S--螺纹上任一点沿同一条螺旋线转
一周所移动的轴向距离，S=nP
哈尔滨工程大学机械设计课件12联轴器、离合器及制动器
，从动叉是不等角速的。
2)证明
如图所示，假设叉轴1以等角速ω1旋转，当万向节处于图a所示位置时，A点
的瞬时线速度可从叉轴1和叉轴2两个方面求出：
刚性可移式联轴器：利用联轴器工作零件间的间隙和结构特性来补偿两轴 的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。
弹性可移式联轴器：利用联轴器中的弹性元件的变形，来补偿两轴间的 相对位移，而且具有缓冲减振的能力。
二.固定式联轴器
勇于开始，才能找到成功的路
套筒联轴器
勇于开始，才能找到成功的路
凸缘联轴器
Tc≤[Tc] n≤[n]
三、制动器的选择
制动器的选择与联轴器的选择所考虑的条件和选择内容大致相同，但在制动器 型号选择时制动力矩计算较为复杂可参考《机械设计手册》等设计资料进行制动 器的设计选择。
且满足：
Tc=STmax
式中：Tmax为制动轮所传递的最大转矩，N,mm； S为制动安全系数；按表 12—4选取。
四、联轴器、离合器、制动器的使用和维护 (1)联轴器与离合器的安装误差应严格控制，对固定式刚性联轴器更应注意。
由于所联接两轴的相对位移在负载后还可能增大，故通常要求安装误差不大于许 用补偿量的二分之一。
(2)联轴器在工作后应检查两轴对中情况，其相对位移不应大于许用补偿量。 应定期检查传力零件是否有损坏，以便及时更换。有润滑要求的，要定期检查润 滑情况。
勇于开始，才能找到成功的路
夹壳联轴器
二. 可移式联轴器
勇于开始，才能找到成功的路
十字滑块联轴器 运动 十字滑块联轴器
勇于开始，才能找到成功的路
齿式联轴器 齿式联轴器
勇于开始，才能找到成功的路
滑块联轴器
结构
运动演示 结构
哈工大机械原理课件
哈工大机械原理课件
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
哈工大机械设计课程(授课老师赵小力)第24讲课程总结
5.4 螺纹连接的防松
• 当螺纹连接承受冲击、振动或变载荷下或温度变化大的情况 下，螺纹副中的正压力就会发生变化，在某一瞬间可能消失， 导致摩擦力为零，这样螺纹连接就会出现相对滑动，如此反 复多次就使螺纹逐渐松脱，甚至脱落。
双螺母
弹簧垫圈
防
锁紧螺母
松
开口销与六角开槽螺母
止动垫圈
串联钢丝
5.5 单个螺栓连接的强度计算
承受轴向工作载荷时，防止被连接件之间出现间隙
受横向工作载荷的紧螺纹连接: 普通螺纹连接
F′
预紧力 F '
摩擦力矩
T1
F
'
tan
'
d2 2
Fs
螺栓截面上的拉应力和扭转切应力：
Fs
4
T1 Wt
F'
d12F
'
tan
d13
'
d2 2
F′
4F '
d12
tan
'
2d2 d1
16
在拉应力、扭转切应力的复合作用下，由第四强度理论可得螺
机械零件——机械制造过程中不可分拆的最小单元； 机械部件——机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同
工作的零件组合在一起的组合体。
2.2 载荷和应力
静载荷——不随时间变化或缓慢变化的载荷 动载荷——随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷
静应力——大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力； 零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；
松连接：螺栓连接在承受工作载荷之前不拧紧螺母 仅承受轴
向载荷
松连接的强度条件
4F [ ] d12
MPa
紧连接：螺栓连接在承受工作载荷之前必须拧紧螺母，即预紧
哈工大机械设计课程(授课老师：赵小力)第16讲
4T 4 289458 p 63.81( MPa) dhl 48 9 (56 14)
显然， p 63.81MPa [ ] p , 强度足够。
7. 校核轴承寿命：
查得7209 C的C=29800N, C0=23800N.
1）计算轴承的轴向力：
由表11.13可查得：7209 C型轴承的内部轴向力 计算公式为： S 0.4Fr 则轴承I、II的内部轴向力分别为： FS1=0.4Fr1=0.4FR1=580 (N) FS2=0.4Fr2=0.4FR2=456.8(N)
1. 选择轴的材料：
因传递的功率P=2.74kW，不大。并且带式运输机 属一般设备，结构无特殊要求，故选用轴常用材 料：45号钢，调质处理。
2. 初算轴径：
减速器的输出轴 转轴 按扭转强度初算轴径
考虑轴端弯矩比转 矩小，取C=106 查表10.2得C=106~118
2. 初算轴径(续前)：
轴端与联轴器用键联结， 键槽对轴的强度有所削弱
a-a剖面右侧：
4）画转矩图：
T 289458( N .mm)
b b
R1V
a a
R2V R2H y x O z
T
I
Fa
R1H Ft
Fr
d/2
II
8764.6 52758.3
792333.3 59114.2 59760.4 289458
MH (N.mm)
MV (N.mm) M T
(N.mm) (N.mm)
Fr1
F S1 F A
Fr2 FS2
II
I
1）计算轴承的轴向力（续）：
FS1 580( N ) FS 2 FA 941.9( N )
显然， p 63.81MPa [ ] p , 强度足够。
7. 校核轴承寿命：
查得7209 C的C=29800N, C0=23800N.
1）计算轴承的轴向力：
由表11.13可查得：7209 C型轴承的内部轴向力 计算公式为： S 0.4Fr 则轴承I、II的内部轴向力分别为： FS1=0.4Fr1=0.4FR1=580 (N) FS2=0.4Fr2=0.4FR2=456.8(N)
1. 选择轴的材料：
因传递的功率P=2.74kW，不大。并且带式运输机 属一般设备，结构无特殊要求，故选用轴常用材 料：45号钢，调质处理。
2. 初算轴径：
减速器的输出轴 转轴 按扭转强度初算轴径
考虑轴端弯矩比转 矩小，取C=106 查表10.2得C=106~118
2. 初算轴径(续前)：
轴端与联轴器用键联结， 键槽对轴的强度有所削弱
a-a剖面右侧：
4）画转矩图：
T 289458( N .mm)
b b
R1V
a a
R2V R2H y x O z
T
I
Fa
R1H Ft
Fr
d/2
II
8764.6 52758.3
792333.3 59114.2 59760.4 289458
MH (N.mm)
MV (N.mm) M T
(N.mm) (N.mm)
Fr1
F S1 F A
Fr2 FS2
II
I
1）计算轴承的轴向力（续）：
FS1 580( N ) FS 2 FA 941.9( N )
哈工大机械原理课件
局部自由度 不影响机构整体运动的自由度，称为局部自由度。 在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
3.虚约束
应在计算结果中加上虚约束数，或先将产生虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算。 在机构中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
常见的虚约束有以下几种情况:
１）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。 带虚约束的凸轮机构
带虚约束的曲轴 当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。
选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可绘制出机构的运动简图。
绘制机构运动简图的步骤
绘制牛头刨床机构的运动简图
绘制十字滑块联轴节的运动简图
§2-3 机构自由度的计算
一、平面机构自由度的计算公式
１、根据运动副所引入的约束数分类
见表2-1
根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 球面高副 柱面高副 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。
运动副元素以面接触的运动副称为低副。 球面低副 移动副 转动副
根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类 空间运动副 球销副 螺旋副 圆柱套筒副
二、创新
两用折叠椅
双曲面滚柱加载器
外环 内环
同向传动齿轮
叶片差速泵
Байду номын сангаас
PART ONE
哈工大 机械系统设计 第二章 机械系统总体设计.ppt
7
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
1．智力激励法(集思广益法)-2种 智力激励法(集思广益法) (1)智暴法 (1)智暴法 指抓住瞬时的灵敏意识流而得到一些新想法时 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 胡思乱想 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感” 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感”和“顿悟”等一闪念， 顿悟”等一闪念， 就有可能得出解决问题的启示。 就有可能得出解决问题的启示。 (2)集智会法 个人虽具有独创性， (2)集智会法 个人虽具有独创性，但毕竞要受到知识和经验 的局限，因此有一种集数人(5—6 一起的集智会法。 的局限，因此有一种集数人(5 6个)一起的集智会法。这种方法 (5 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。如为了避免 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力， 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力，更便于每个人充 分发表意见，也可采用书面集智的形式，如“专家预测法”等。 分发表意见，也可采用书面集智的形式， 专家预测法”
10
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
3．联想类推法 该法是通过启发、类比、联想、 该法是通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法来 解决问题。 解决问题。主要有以下几种方法 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (2)抽象类比法 (2)抽象类比法 用抽象反映问题实际的类比方法来扩大思路寻 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法， 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法，可先抽象出开的 概念，列出现有的各种“ 的方法，如打开、撕开、拧开、 概念，列出现有的各种“开”的方法，如打开、撕开、拧开、拉 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比， (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比，启发出新 的想法和创造性方案的一种方法。 的想法和创造性方案的一种方法。它是现代发展新技术的重要途 径之一。例如， 径之一。例如，飞机构件中的蜂窝结构就是仿生法在技术设计中 的应用实例。 的应用实例。
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
1．智力激励法(集思广益法)-2种 智力激励法(集思广益法) (1)智暴法 (1)智暴法 指抓住瞬时的灵敏意识流而得到一些新想法时 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 胡思乱想 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感” 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感”和“顿悟”等一闪念， 顿悟”等一闪念， 就有可能得出解决问题的启示。 就有可能得出解决问题的启示。 (2)集智会法 个人虽具有独创性， (2)集智会法 个人虽具有独创性，但毕竞要受到知识和经验 的局限，因此有一种集数人(5—6 一起的集智会法。 的局限，因此有一种集数人(5 6个)一起的集智会法。这种方法 (5 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。如为了避免 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力， 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力，更便于每个人充 分发表意见，也可采用书面集智的形式，如“专家预测法”等。 分发表意见，也可采用书面集智的形式， 专家预测法”
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创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
3．联想类推法 该法是通过启发、类比、联想、 该法是通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法来 解决问题。 解决问题。主要有以下几种方法 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (2)抽象类比法 (2)抽象类比法 用抽象反映问题实际的类比方法来扩大思路寻 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法， 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法，可先抽象出开的 概念，列出现有的各种“ 的方法，如打开、撕开、拧开、 概念，列出现有的各种“开”的方法，如打开、撕开、拧开、拉 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比， (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比，启发出新 的想法和创造性方案的一种方法。 的想法和创造性方案的一种方法。它是现代发展新技术的重要途 径之一。例如， 径之一。例如，飞机构件中的蜂窝结构就是仿生法在技术设计中 的应用实例。 的应用实例。
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弹簧的主要类型
按所受载荷分
拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 弯曲弹簧
弹簧的主要类型
按弹簧形状分
螺旋弹簧 环型弹簧 盘簧 板弹簧 碟型弹簧
14.2 弹簧的材料、许用应力及制造
14.2.1 螺旋弹簧的制造
14.2.1 螺旋弹簧的制造
螺旋弹簧的制造过程
（1）卷绕 （2）钩环的制作或两端的加工(重要压缩弹簧磨平) （3）热处理（淬火+回火） （4）工艺试验及必要的强压或喷丸等强化处理。
3、Ⅲ类载荷--静载弹簧或交变次数103次以内的一般弹簧， 静载破坏。
注意表14.3（P287），与簧丝直径有关
此表中：B、C、D级是指弹簧丝材料的机械强度组别 B——低应力弹簧 C——中应力弹簧 D——高应力弹簧
初取 C
根据空间 初取D
估取簧 丝直径d
强度计 算得 d’
结构 设计
14.3 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算
需要注意的是： 1）卷绕方法－冷卷和热卷 当d<8mm 用冷卷，然后低温回火处理；
当d>＝8mm用热卷，热卷温度按d大小，在800oC～1000oC之间选
择，然后先淬火后回火处理。
2）强化处理是最后处理。不允许再进行其他处理，也不允许在 150oC～450oC和长期振动条件下工作，包括强拉强压和喷丸等。
• λ1与λ2之差称为弹簧的工作行程h
h 2 1 H1 H2
Flim ——弹簧的极限工作载荷（材料屈服）
lim ——弹簧的极限变形量
b ——弹簧各圈并紧时的全变形量
• 压缩弹簧初始间隙
lim
n
• 压缩弹簧余隙
1 0.1d
•最小工作载荷： F1 (0.1 ~ 0.5)Flim
； 受力小、防腐蚀、防磁等：有色金属，如青铜； 非金属弹簧材料：橡胶、塑料、软木及空气等。
14.2.3 许用（剪切和弯曲）应力
与材料、载荷变化特性及弹簧的重要程度有关：
1、Ⅰ类载荷—变载荷，交变次数>106次，多数疲劳破坏；
2、Ⅱ类载荷--静载重要弹簧、有冲击的弹簧或交变次数103 ～106次的弹簧，疲劳或静载破坏；
最大工作载荷
F2 0.8Flim
圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及其特性线
H0 自由高度 H1 最小工作高度 H2 最大工作高度 Hlim 极限工作高度 Hb 并紧高度
H0 H1 H2 Hlim Hb
1 2 lim b
I 类弹簧— lim /1.67 II类弹簧— lim /1.25 III类弹簧— lim /1.12
弹簧端部结构制作
压缩弹簧的端部结构
拉伸弹簧的端部结构
14.2.2 弹簧的材料
弹簧材料要求 1）较高的弹性极限、强度极限、疲劳极限和冲击韧性 2）良好的热处理性能，热处理后经久不变的弹性，且 脱碳性要小 3）对冷拔材料要求有均匀的硬度和良好的塑性
弹簧材料 常用弹簧材料：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢等
C通常DC=5～8
d
工作圈数：n
14.3.2 特性线
压缩弹簧的 工作过程
弹簧的载荷与变形的 关系曲线：特性线
b：渐增型 a：直线型 c：渐减型
圆柱形等节距压缩螺旋弹簧及其特性线
F1 ——弹簧的最小工作载荷或者预紧载荷
1 ——弹簧的最小变形量或者预紧变形量
F2 ——弹簧的最大工作载荷
2 ——弹簧的最大工作变形量
圆柱型等节距拉伸螺旋弹簧及其特性线
拉伸弹簧的 中预应力的 产生类似于 拧绳。
14.3.3 弹簧的受力和应力
在通过弹簧轴线的平面A-A内,弹 簧丝的剖面呈椭圆形,而在垂直 于弹簧的平面B-B内则为圆形,两
剖面间夹角为弹簧的螺旋升角
当弹簧受载荷F作用时,在A-A剖 面上将作用有扭转力矩 FD / 和2
d 2D
8FD
d3
1
1 2C
关于旋绕比（也称弹簧常数）C
旋绕比C 是弹簧设计中的一个重要参数。 当簧丝直径d一定时，C值越小，曲率越大，内外侧应力差 越大。因此，C 值不宜取太小，通常取C＝4～16。推荐的不 同簧丝直径的旋绕比如表所示。
因为C值较大，所以
考虑弹簧升角和曲率以及 F 的影响引入一个修正系数K,
则弹簧丝剖面上实际应力的分布将如图(d),其强度条件
K
8FD
d3
K
8FC
d2
式中K称为曲度系数
转矩T引起的切应力 T
T
T
WT
FD / 2 8FD
d 3 / 16 d 3
切向力 F引t 起的切应力 F
F
Ft A
F
d2 /
4
4F
d2
根据力的迭加原理可知，在弹簧丝内侧a点的合成应力最大 a点的最大合成切应力为
'
8FD
d3
4F
d2
8FD
d3
1
第十四章 弹簧
基本要求
1）了解弹簧的功用、分类、材料、许用应力的确定 2）掌握圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的主要几何参
数、特性线、强度计算与刚度计算的目的和计算 公式；
重点和难点
圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算。
14.1 概述
• 弹簧的主要功用 1、缓冲、吸振和隔震，车辆、沙发等
汽车减振板弹簧
汽车减振螺旋弹簧 自行车座弹簧
14.1 概述
• 弹簧的主要功用 2、控制机构的运动,如阀内弹簧、离合器中的控制弹
簧、气门复位弹簧、圆珠笔等
14.1 概述
• 弹簧的主要功用 3、储存和释放能量，如枪栓弹簧、钟表弹簧Fra bibliotek 14.1 概述
• 弹簧的主要功用 4、测量和控制力的大小，如各类预紧弹簧、弹簧秤
、压力继电器弹簧
• 设计计算内容有： 1）确定结构形式和特性线 2）选择材料和确定许用应力 3）由强度条件确定弹簧丝的直径和弹簧中径 4）由刚度条件确定弹簧的工作圈数 5）确定弹簧的基本参数、尺寸等
14.3.1 几何尺寸和参数
中径D、外径D2、内径D1 节距p
螺旋升角α(5～9o)
弹簧丝直径d 弹簧指数/旋绕比C:
剪切力 。F
而在B-B剖面上则作用有转矩 T FDcos / 2 弯矩 FDsin / 2 切向力 Ft F cos 及法向力 Ft F sin (一般 5 ~ 90 )
该剖面上的应力可近似的取为 T F
为了简化计算，弹簧丝的曲率忽略，将其近似看做直梁，故