机械设计基础-第14章-弹簧

7.螺旋升角
arctg t D
5o : 9o
8.弹簧丝展开长度L 及自由高度H0
L Dn1 cos
YⅠ型：H0 nt (n2 0.5)d YⅡ型 ：H0 nt (n2 1)d
圆柱压缩弹簧的设计
➢计算弹簧的变形量，验算其稳定性
1
8F1C 3n Gd
2
F2 F1
1
lim
2
0.8
第14章 弹簧
三、弹簧特性曲线
F1 F2 ... Flim k
1 2
lim
k——弹簧刚度
➢通常取弹簧的最小工作载荷：
F1 (0.1 : 0.5)F2
➢最大工作载荷：
F2 0.8Flim
第14章 弹簧
§14-3 圆柱螺旋弹簧的设计
一、圆柱压缩弹簧的设计
1.弹簧丝直径 d
max
k
8F2 D
符合要求。
➢外径：D2 D d 26 mm
第14章 弹簧
例题（续）
➢弹簧间距： 2 9.1 1.75 mm 取 3mm
0.8n 0.8 6.5
➢弹簧节距：t d 4 3 7mm
➢螺旋升角：
arctg t arctg 7 5.8o(在 5o : 9o之间)
D
22
arctg
t
D
第14章 弹簧
例题
一个供蒸煮器用的立式小锅炉。炉顶上采用微启式安全阀。 已知：阀座通径D0=32mm,要求阀门起跳汽压P1=0.33MPa,阀门
行程λ0=2mm，全开时弹簧受力F2=340N，结构要求弹簧
的内径D1>16mm。若现有d=4mm的60Si2Mn钢丝。 试设计：安全阀的压缩弹簧。
3.弹簧总圈数 n1
有效圈数：n
Gd
8FC3
支承圈数：LⅠ型与LⅢ型：n2 0
弹簧总圈数：n1 n n2
第14章 弹簧
二、圆柱拉伸弹簧的设计
4.弹簧间距
0
5.弹簧节距 t
t d
6.自由高度H0
H0 nt 两端挂钩的轴向长度
7.弹簧展开丝长度
L Dn1 两端钩环的展开长度
8.螺旋升角
第14章 弹簧
弹簧的功用 ➢控制机构的运动或零件的位置。 ➢缓冲及吸振。 ➢储存能力作为动力源。 ➢测量力的大小。
第14章 弹簧
弹簧的种类
1.按受力形式分： 拉伸 压缩 扭转
第14章 弹簧
弹簧的种类
2.按弹簧形状分： ➢螺旋弹簧 ➢环形弹簧 ➢碟形弹簧 ➢平面涡形 ➢板形弹簧
第14章 弹簧
三、材料及许用应力
2.弹簧中径D
D Cd
3.弹簧内径D1与外径D2
D1 D d D2 D d
第14章 弹簧
圆柱压缩弹簧的设计
4.弹簧总圈数 n1
YⅠ型： n2 1.5, 2, 2.5 YⅡ型 ：n2 2, 2.5 弹簧总圈数：n1 n n2
5.弹簧间距
2
0.8n
6.弹簧节距 t
t d
第14章 弹簧
b H0 D
式中： G ——切变模量。对钢：G 8104 MPa 对青铜：G 4104 MPa
b ——高径比 第14章 弹簧
两端固定：b 5.3
一端固定：b 3.7 两端自由：b 2.6
二、圆柱拉伸弹簧的设计
1.弹簧丝直径 d
d 1.6
kF2C
2.弹簧内径D1与外径D2
D1 D d D2 D d
F
第14章 弹簧
λ
λ
λ0
λ
λ2
例 题( 续)
解： 1.分析已知条件
此弹簧为安全阀用，为重要弹簧，按Ⅱ类载荷计算。 弹簧所受最小工作载荷F1应等于起跳时的压力。
F1
p1
D02 4
0.33
4
322
265.4N
弹簧刚度： k
F2 F1
0
340 265.4 2
37.3 N
mm
弹簧的最大变形量： 2
第14章 弹簧
例题（续）
d 1.6
kF2C
1.6
1.283405.5 3.09 mm 640
说明d=4mm的弹簧直径满足强度要求。
3.确定弹簧各参数
➢弹簧的圈数： n
Gd 8C3k
80000 4 85.53 37.3
6.45
6.5 圈
➢弹簧内径：D1 D d 22 4 18 mm 16 mm
d3
k
8F2C
d2
d 1.6
kF2C
式中： k 4C 1 0.615 4C 4 C
C D ——绕旋比 d
第14章 弹簧
圆柱压缩弹簧的设计
表: 绕旋比
弹簧丝直径d 0.2 : 0.4 0.5 : 1.01.1 : 2.2 2.5 : 6 7.0 : 16 18
绕旋比C
7 : 14 5 : 12 5 : 10 4 : 9 4 : 8 4 : 6
第14章 弹簧
§14-2 圆柱螺旋弹簧的结构和制造
一、圆柱螺旋弹簧的结构 1.圆柱螺旋压缩弹簧 ➢支承圈或死圈的定义：
工作时不参与变形，仅起支承作用的弹簧圈数。 有磨平或不磨平两种。 ➢结构形式： YⅠ型：两端并紧且磨平。 YⅡ型：两端并紧但不磨平。 YⅢ型：两端不并紧也不磨平。 ➢弹簧总圈数：
n1 = n(有效圈数) n2 (支承圈数),n1 ≥ 2 n1取0.5的倍数
F2 k
340 37.3
9.1 mm
第14章 弹簧
例题（续）
选择弹簧材料：选用d=4mm的60Si2Mn钢丝作为弹簧的材料。
查表： 640Mpa
2.确定弹簧的直径：
d 1.6
kF2C
由于要求D1>16mm，d=4mm，暂取 D D1 d 22 mm C D 22 5.5 查图：k=1.28 d4
➢弹簧两端各并紧一圈并磨平，则总圈数：
n1 n 2 8.5 圈
1.材料 常用材料： 碳素弹簧钢：65，70，80 t 120℃，d 12mm
合金弹簧钢：硅锰钢，铬钒钢 有色金属合金：硅青钢，锡青钢等 2.许用应力 许用应力与载荷性质有关 Ⅰ类载荷：作用次数在106以上的变载荷 Ⅱ类载荷：作用次数在 103 : 105 以上的变载荷 Ⅲ类载荷：作用次数在103 以上的变载荷 Ⅳ载荷：作用次数在103以下的变载荷 对碳素弹簧钢，弹簧钢丝可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ三组。
第14章 弹簧
2.圆柱螺旋拉伸弹簧
分两种情况： ➢无预应力：各圈并紧，但相互间没有力的作用。 ➢有预应力：各圈并紧，相互间有一定压力作用。 结构形式： LⅠ型：挂钩半圆形 LⅢ型：挂钩圆形 LⅦ型：另装挂钩 LⅧ型：另装挂钩，且挂钩可旋转。
第14章 弹簧
二、圆柱螺旋Leabharlann Baidu簧的制造
1.工序 ➢卷制。 ➢端面加工或挂钩制作。 ➢热处理及工艺性试验。 2.技术要求 表面光洁，没有裂纹和伤痕，脱碳层应符合国家规定。