1、會計學(xué)1ChapterDesignofSprings講解講解(jingji)第一頁，共60頁。220.1 Types and Functions of Springs 彈簧的類型及功用20.1.1 Classification of Springs 彈簧(tnhung)的分類螺旋彈簧(tnhung)(helical spring) 碟形彈簧(tnhung)(coned-disk spring or Belleville spring)，環(huán)形彈簧(tnhung)(ring spring)板簧(plate or flat spring, cantilever懸臂 spring or leaf sp

2、ring)渦卷形彈簧(tnhung)(spiral spring)按所承受(chngshu)載荷性質(zhì)拉伸彈簧(tension spring) 壓縮彈簧(compression spring)扭轉(zhuǎn)彈簧(torsion spring)彎曲彈簧(bending spring) 按彈簧形狀A(yù) spring is a flexible element used to exert a force or a torque and, at the same time, to store energy.第1頁/共60頁第二頁，共60頁。3表20.1 金屬(jnsh)彈簧的基本型式第2頁/共60頁第三頁，共60頁

3、。4第3頁/共60頁第四頁，共60頁。5第4頁/共60頁第五頁，共60頁。6第5頁/共60頁第六頁，共60頁。7第6頁/共60頁第七頁，共60頁。8第7頁/共60頁第八頁，共60頁。9第8頁/共60頁第九頁，共60頁。10螺旋(luxun)拉伸彈簧(helical tension spring)螺旋(luxun)壓縮彈簧(helical compression spring)螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧(helical torsion spring) 第9頁/共60頁第十頁，共60頁。11Constant pitch (cylindrical), Conical, Barrel, Hourglass, Var

4、iable pitchRight hand，Left hand ConicalConstant pitchBarrelHourglass第10頁/共60頁第十一頁，共60頁。12第11頁/共60頁第十二頁，共60頁。13第12頁/共60頁第十三頁，共60頁。14第13頁/共60頁第十四頁，共60頁。15Flat Springs(板簧)能承受較大的彎曲作用，常用于受載方向尺寸有限制而變形量又較大的場合。由于板彈簧有較好的消振能力，所以在汽車、拖拉機和鐵路車輛的懸掛(xungu)裝置中均普遍使用這種彈簧。第14頁/共60頁第十五頁，共60頁。1620.1.2 Functions of Spring

5、s 彈簧(tnhung)的功用(1)控制(kngzh)機械的運動(2)吸收振動和沖擊(chngj)能量如內(nèi)燃機中控制氣缸閥門啟閉的彈簧、離合器中的控制彈簧；如各種車輛中的減振彈簧及各種緩沖器的彈簧等；第15頁/共60頁第十六頁，共60頁。17(3)存儲(cn ch)和釋放能量(4)測量(cling)力的大小例如鐘表(zhngbio)彈簧、槍栓彈簧等；如彈簧秤和測力器中的彈簧等。測力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手測力矩扳手定力矩扳手測力矩扳手第16頁/共60頁第十七頁，共60頁。1820.2 Materials and Manufacture of Springs 彈簧的材料和制造材料要求除應(yīng)滿足具

6、有(jyu)較高的強度極限和屈服極限外，還必須具有(jyu)較高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性、塑性和良好的熱處理工藝性等。主要彈簧材料及其使用性能表20.2 許用應(yīng)力與B有關(guān)實踐中應(yīng)用最廣泛的材料彈簧鋼，其品種又有碳素彈簧鋼、低錳彈簧鋼、硅錳彈簧鋼和鉻釩鋼等。碳素彈簧鋼絲的抗拉強度極限, B表20.3 與彈簧絲直徑d有關(guān) 20.2.1 Spring Materials 彈簧(tnhung)材料第17頁/共60頁第十八頁，共60頁。1971057057045534065Mn B、C、D級206800.8B(0.60.68)B0.5B(0.380.45)B(0.30.38)B碳素彈簧鋼絲B、C、

7、D級鋼絲類彈簧類彈簧類彈簧類彈簧類彈簧彈性模量E/GPa切變模量G/GPa許用彎曲應(yīng)力b/MPa許用切應(yīng)力T/ MPa代 號類別1)按受力循環(huán)次數(shù)N不同，彈簧分為三類：類N106；類N=103105以及受沖擊載荷的場合；類N8mm)。在熱態(tài)下卷制的彈簧，卷成后必須進行淬火、中溫回火等處理。第22頁/共60頁第二十三頁，共60頁。24彈簧的疲勞強度與抗沖擊強度在很大的程度上取決于彈簧的表面狀況，所以，彈簧絲(spring wire)表面必須光潔，沒有裂縫和傷痕等缺陷。表面脫碳會嚴重影響材料的疲勞強度和抗沖擊性能，因此，脫碳層深度和其他表面缺陷都須在驗收彈簧的技術(shù)條件中詳細(xingx)規(guī)定。對于

8、重要的彈簧，還要進行工藝(gngy)檢驗和沖擊疲勞等試驗。第23頁/共60頁第二十四頁，共60頁。25為提高彈簧的承載能力，可將彈簧在超過工作(gngzu)極限載荷下進行強壓處理(受載648h)，以便在簧絲內(nèi)產(chǎn)生塑性變形和有益的殘余應(yīng)力，由于殘余應(yīng)力的符號與工作(gngzu)應(yīng)力相反，因而彈簧在工作(gngzu)時的最大應(yīng)力比未經(jīng)強壓處理的彈簧小。一般經(jīng)過一次強壓處理的彈簧(tnhung)可提高其承載能力約25%；若經(jīng)噴丸處理可提高20%。須注意，強壓處理是彈簧制造的最后一道工序。為了保持(boch)有益的殘余應(yīng)力，強壓處理后不應(yīng)作其它熱處理。而且經(jīng)強壓處理的彈簧也不宜工作在較高溫度（1504

9、50C）、長期振動和有腐蝕性介質(zhì)的場合。 第24頁/共60頁第二十五頁，共60頁。2620.3 Working Principle of Springs 彈簧的工作原理20.3.1 Characteristic Curve of a Spring 彈簧(tnhung)特性曲線第25頁/共60頁第二十六頁，共60頁。27彈簧的特性曲線應(yīng)繪制在彈簧的工作圖上，作為檢驗與試驗的依據(jù)之一。同時還可在設(shè)計彈簧時，利用特性曲線進行載荷與變形關(guān)系(gun x)的分析。 按照結(jié)構(gòu)型式不同，常見的彈簧特性曲線(qxin)有四種。第26頁/共60頁第二十七頁，共60頁。2820.3.2 Stiffness of

10、Springs 彈簧(tnhung)剛度彈簧剛度(n d)(spring rate, force/unit deflection) 是指使彈簧產(chǎn)生單位變形的載荷，用k和kT分別表示拉(壓)彈簧的剛度(n d)與扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度(n d)。對于(duy)拉壓彈簧 ddFk 對于扭轉(zhuǎn)彈簧 ddTkT 實際上彈簧剛度就是彈簧特性曲線上某點的斜率。第27頁/共60頁第二十八頁，共60頁。29直線型彈簧剛度為一常數(shù)。特性(txng)曲線越陡，彈簧剛度相應(yīng)愈大，即彈簧愈硬；反之則愈軟。剛度漸增型彈簧隨變形量的增大其剛度越大。如車輛(chling)緩沖減振彈簧，希望在車輛(chling)重載與輕載時，均具有差

11、不多的自振頻率；且在最大或沖擊載荷作用時，仍具有較好的緩沖減振性能，故多使用彈簧特性曲線具有該型曲線的走向。第28頁/共60頁第二十九頁，共60頁。30彈簧可以按剛度分為定剛度彈簧（直線型特性線）和變剛度彈簧（曲線或折線型特性線），受動載荷或沖擊載荷作用(zuyng)的彈簧往往設(shè)計成變剛度彈簧。 剛度(n d)漸減型彈簧剛度(n d)隨變形的增大而越小。為了在沖擊動能一定時，獲得較小沖擊力，則應(yīng)使用具有剛度(n d)漸減型特性曲線的彈簧為宜。第29頁/共60頁第三十頁，共60頁。3120.4 Design for Cylindrical Helical Compression and Tens

12、ion Springs 圓柱螺旋壓縮和拉伸彈簧的設(shè)計20.4.1 Parameters and Geometric Dimensions of a Cylindrical Spring 圓柱(yunzh)彈簧的參數(shù)及幾何尺寸 圓柱彈簧(tnhung)的主要尺寸DD2dtH0D1DD2dtH0D1彈簧絲直徑(wire dia.), d彈簧圈外徑(outside dia.), D彈簧圈內(nèi)徑(inside dia.), D1彈簧圈中徑(mean dia.), D2節(jié)距(pitch), t螺旋升角(pitch angle), 自由(zyu)長度(free length), H0第30頁/共60頁第三十

13、一頁，共60頁。32CdD 2 dCdDD121 dCdDD12 彈簧絲直徑彈簧絲直徑d/mm0.20.40.511.12.22.567161840C7145125104104846彈簧的中徑、內(nèi)徑(ni jn)和外徑可用彈簧指數(shù)C表示：第31頁/共60頁第三十二頁，共60頁。33(1) Plain ends coiled right-hand. Plain end, right hand. Both ends plain. The ends are the same as if a long spring had been cut into sections.第32頁/共60頁第三十三頁，共

14、60頁。34Plain ends ground.Both ends plain.Squared or closed ends, not ground. (端部并緊不磨平)Both ends squared.第33頁/共60頁第三十四頁，共60頁。35Both ends squared and ground.The end turns are squared and then ground perpendicular to the helix axis. Both ends plain.第34頁/共60頁第三十五頁，共60頁。36彈簧圈數(shù)(number of coils)彈簧兩端(lin dun

15、)與彈簧座相接觸的部分，不參加彈簧變形，其端部應(yīng)垂直于彈簧軸線。兩端死圈各有n=3/4(0.75)5/4(1.25)圈，具體與端部形式(xngsh)有關(guān)，一般n=(0.75，1，1.25)圈。第35頁/共60頁第三十六頁，共60頁。37兩種常用(chn yn)端部形式GB重要場合應(yīng)采用并緊磨平端。死圈的磨平長度應(yīng)不小于1/4圈，。第36頁/共60頁第三十七頁，共60頁。38彈簧工作(gngzu)圈數(shù)n 有效圈數(shù)(number of active coils)為了保證彈簧(tnhung)具有穩(wěn)定的性能，通常彈簧(tnhung)的有效圈數(shù)最少為2圈。 彈簧(tnhung)總?cè)?shù)(total num

16、ber of coils) n0總?cè)?shù)的宜取1/4、。)25. 175. 0(220 nnnn與間的關(guān)系與端部形式有關(guān) 第37頁/共60頁第三十八頁，共60頁。39DD2dtH0D1彈簧(tnhung)節(jié)距(pitch) t 按下式取 ndtmax max彈簧的最大變形量；最大變形時相鄰(xin ln)兩彈簧絲間的最小距離，一般不小于0.1d。彈簧鋼絲間距(jin j)(coil clearance or space between adjacent coils) dt 第38頁/共60頁第三十九頁，共60頁。40DD2dtH0D1彈簧(tnhung)的自由長度(free length) dn

17、ntdnnntdnnH)5 . 02()5 . 0(5 . 0000 dnntdnnntdnnH)12()1(1000 Both ends closed and ground兩端(lin dun)并緊磨平Closed ends, not ground兩端(lin dun)并緊不磨平彈簧螺旋升角() 21tanDt 通常取=59 cos02nDL 第39頁/共60頁第四十頁，共60頁。41第40頁/共60頁第四十一頁，共60頁。42第41頁/共60頁第四十二頁，共60頁。43dt Pitch hooks of dim Length Free0 ndHDD2dtH0D1n20時，一般(ybn)圓整

18、為整圈數(shù)；nFcr，應(yīng)重新選擇有關(guān)參數(shù)，改變(gibin)b值，提高Fcr的大小，使其大于Fmax之值，以保證彈簧的穩(wěn)定性。若受結(jié)構(gòu)限制而不能改變參數(shù)時，就應(yīng)該加裝導(dǎo)桿或?qū)祝悦鈴椈墒茌d時產(chǎn)生側(cè)向彎曲。為了防止(fngzh)彈簧工作時簧絲與導(dǎo)桿或?qū)桩a(chǎn)生摩擦，導(dǎo)桿或?qū)着c簧絲間應(yīng)留有間隙。 第50頁/共60頁第五十一頁，共60頁。5220.5 Fatigue Strength Checking Computation of Springs with Fluctuating Loads 受變載荷螺旋彈簧的疲勞強度驗算1.對于循環(huán)次數(shù)較多、工作在變應(yīng)力(yngl)下的重要彈簧，還應(yīng)該進一步對疲勞

19、強度進行驗算。2.如果變應(yīng)力(yngl)的循環(huán)次數(shù)N103，或應(yīng)力(yngl)變化幅度不大時，應(yīng)進行靜強度驗算。3.如果上述兩種情況不能明確區(qū)分時，則應(yīng)同時進行這兩種強度的驗算。 第51頁/共60頁第五十二頁，共60頁。53(1)選擇彈簧材料(cilio)及許用應(yīng)力Solution因本彈簧在一般載荷(zi h)下工作，按第類彈簧來考慮，選擇C級碳素彈簧鋼絲。初估彈簧絲直徑為d=2.2mm左右。查表20.2和表20.3可知，T=0.5B，B=1660MPa。 71057057045534065Mn B、C、D級206800.8B(0.60.68)B0.5B(0.380.45)B(0.30.38)

20、B碳素彈簧鋼絲B、C、D級鋼絲類彈簧類彈簧類彈簧類彈簧類彈簧彈性模量E/GPa切變模量G/GPa許用彎曲應(yīng)力b/MPa許用切應(yīng)力T/ MPa代 號類別MPa83016675 . 05 . 0 BT 1810166014202.2DCB級別鋼絲直徑d/mm第52頁/共60頁第五十三頁，共60頁。54(2)計算彈簧(tnhung)絲直徑 按表20.4選取(xunq)C=5.5 彈簧絲直徑彈簧絲直徑d/mm0.20.40.511.12.22.567161840C7145125104104846279. 145 . 5415 . 545 . 5615. 04414615. 0 CCCKmm18. 25

21、 .8335 . 5279. 12206 . 16 . 1max TKCFd 與初估彈簧絲直徑(zhjng)相近，故取標準值 d=2.2mm。mm1 .122 . 25 . 52 CdDmm15mm3 .142 . 21 .122 dDD符合題意要求。第53頁/共60頁第五十四頁，共60頁。55(3)計算彈簧(tnhung)的有效工作圈數(shù) 查表20.2得G=80000MPa 445. 91502201 .12852 . 280000834324 FDGdn 取彈簧(tnhung)工作圈數(shù)為n=10圈。(4)驗算載荷(zi h)與變形 mm3 .112 . 280000101 .121508843432minmin GdnDF mm6 .162 . 280000101 .122208843432maxmax GdnDF mm3 . 53 .116 .16minmax0 實際工作行程 第54頁/共60頁第五十五頁，共60頁。56表20.2附注(fzh)， 類彈簧lim1.12T。取 MPa6 .92983012. 112. 1lim T (4) 驗算載荷(zi h)與變形 計算(j sun)極限載荷 N2515