弹性元件

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
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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

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刚度的倒数称为柔度。 串联弹性元件系统，其柔度等于每个弹性元件柔度之 和。
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二、影响弹性元件特性的因素
弹性元件特性解析式
• 例：圆柱螺旋弹簧
3 8D 2n F f (D, d, n,G) (137) 4 Gd F、 －弹簧所受载荷和变形 量；
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二、影响弹性元件特性的因素
3. 弹性滞后和弹性后效的原因
其大小与弹性元件内的最大应力，材料的金相组织 与化学成分、弹性元件的加工与热处理过程有关。 选取较大的安全系数、合理选定结构和元件的联接 方法（减小应力集中）、采用特殊合金等，减小弹 性滞后和弹性后效。
2. 可以通过调整的方法消除
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二、影响弹性元件特性的因素
（二）温度的影响
1. 温度变化时切变模量的变化
G t G 0 (1 G t ) (13 9 ) G t－温度为 t 时材料的切变模量； G 0－标准温度 t 0时材料的切变模量；
G－切变模量的温度系数
F dF F 'lim ( ) 0 d
② 弹性元件具有线性特性时，刚度等于常数。 F F ' ( 13 3 )

③ 刚度图解法求得，等于弹性元件特性曲线上过给定点 切线倾斜角的余切值。 dF
F'
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d
cot
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一、弹性元件的基本特性
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 )
D 、 d、 n－弹簧中径、簧丝直径 和有效工作圈数； 2 G －材料切变模量。
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二、影响弹性元件特性的因素
（一）几何尺寸参数的影响
1. 几何尺寸参数引起弹簧特性误差（以变形量的相 对误差表示） D d n Z 2 3 4 ( 13 8 ) Z D d n 2

并联弹性元件系统，其 刚度等于每个弹性元件 刚度之和。
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一、弹性元件的基本特性
⑤ 线性特性的弹性元件串联使用
1 2 n
F ' 1

n
i1
i

n
i1
1 Fi ' 1 Fi '
( 13 6 )
1 F'

n
i1
利用材料的弹性性能完成 各种功能的零件或部件。
3.
弹性元件的类型
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 片簧 平面涡卷簧（平卷簧） 螺旋弹簧 压力弹簧管 波纹管 膜片
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第一节 概述
4. 上述类型的弹性元件，按照它们的用途分为 两大类：
1. 测量弹性元件 用来把某些物理的变化（如力、 压力、温度等）转变成弹性元件的变形，以便 进行测量。 2. 力弹簧 用来作为传动系统的能源，或者完成结 构力封闭。 由于弹性元件的结构简单、价格低廉、工作可 靠，所以成为精密机械中应用比较广泛的零件 之一。
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第二节 弹性元件的基本特性
一、弹性元件的基本特性
1. 定义：作用在弹性元件上的力、压力或温度 等与变形的关系。
解析式表示为
f ( F ) f ( p) (13 1) f (t )
线图表示
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t －温度差 G 相对变化 G t G0
；
2. 温度变化引起特性的相对误差
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G t w G G 0
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二、影响弹性元件特性的因素
3. 弹性模量与温度之间的关系
Et E0 (1Et) E w E t E0
4. 减少温度对弹性元件特性的影响方法
1. 采用温度系数极小的材料 2. 补偿方法
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二、影响弹性元件特性的因素
（三）弹性滞后和弹性后效的影响
1. 弹性滞后：弹性范围内，加载与去载曲线不重合的现象。 2. 弹性后效：载荷改变后，不是立刻完成相应的变形，而 是在一定时间间隔中逐渐完成的。
4. 解决方法

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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。
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一、螺旋弹簧的功能和种类
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一、弹性元件的基本特性
2. 弹性元件特性的非线性度
• 特性曲线与理想直线的最大偏差和弹性元件的最大变 形的百分比。
max 100 % ( 13 2 ) x
max
源自文库
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一、弹性元件的基本特性
3. 弹性元件的刚度
① 当弹性元件具有非线性特性时，作用在弹性元件上的 载荷增量与其产生变形增量的比值在变形增量趋于零 时的极限，称为～。