精密機械設計第13章彈性元件2022/10/30精密機械設計第13章彈性元件精密機械設計第13章彈性元件2022/10/23精密機械設計1二彈簧元件的特性

兩種基本效應非彈性效應:指彈性元件的變形受其他因素(如時間溫度、材料性質(zhì)等)的影響所表現(xiàn)出來的性質(zhì).彈性效應:指彈性元件的變形僅僅是由于受載荷的影響所表現(xiàn)出來的性質(zhì),起具體參數(shù)為體現(xiàn)載荷和變形關(guān)系的剛度和靈敏度彈性特性直線型剛度漸增型剛度漸減型混合型彈性元件的彈性特性曲線精密機械設計第13章彈性元件二彈簧元件的特性兩種基本效應非彈性效應:指彈性元件的2剛度(F'):使彈性元件產(chǎn)生單位位移所需要的載荷(或)

F——彈性元件所受的拉力或壓力；

——彈性元件所產(chǎn)生的拉、壓變形；

M和T——分別為彎矩和扭矩；

——分別為斷面轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角；

和——分別稱為抗彎剛度和抗扭剛度。

和靈敏度(S):彈性元件承受單位載荷所產(chǎn)生的位移,它是剛度的倒數(shù).精密機械設計第13章彈性元件剛度(F'):使彈性元件產(chǎn)生單位位移所需要的載荷(或3三種彈性誤差現(xiàn)象①彈性滯后:彈性元件在加載與卸載過程中，彈性特性曲線不相重合的現(xiàn)象②彈性后效:彈性元件的變形落后于載荷作用（加載或卸載）的現(xiàn)象彈性滯后曲線圖

彈性后效曲線

精密機械設計第13章彈性元件三種彈性誤差現(xiàn)象①彈性滯后:彈性元件在加載與卸載過程中，4③溫度誤差——溫度為t℃時的彈性模量；

——在標準溫度（一般為20℃）時的彈性模量；

——彈性模量溫度系數(shù)；

三彈性元件的材料精密機械設計第13章彈性元件③溫度誤差——溫度為t℃時的彈性模量；——在標準溫度（一5§2螺旋彈簧按外形分類圓柱形螺旋彈簧(圖a)圓錐形螺旋彈簧（圖b）拋物線形螺旋彈簧（圖c)一圓柱形螺旋彈簧的形式和端部結(jié)構(gòu)

精密機械設計第13章彈性元件§2螺旋彈簧按外形分類圓柱形螺旋彈簧(圖a)圓6按載荷作用方式的不同圓柱形螺旋彈簧分以下三種形式：①拉伸彈簧（代號——L型）如圖（a）所示②壓縮彈簧（代號——Y型）如圖（b）所示③扭轉(zhuǎn)彈簧（代號——N型）如圖（c）所示精密機械設計第13章彈性元件按載荷作用方式的不同圓柱形螺旋彈簧分以下三種形式精密機械設計7拉伸彈簧和壓縮彈簧的固定方法壓縮彈簧常通過將端圈磨平或通過凸臺、凹槽來固定。如下圖中（a）（b）（c）所示。拉伸彈簧常通過兩端帶有的構(gòu)環(huán)來固定。如（d）（e）（f）等圖所示。精密機械設計第13章彈性元件拉伸彈簧和壓縮彈簧的固定方法壓縮彈簧常通過將端圈磨平或通過凸8扭轉(zhuǎn)彈簧的固定方法在工作扭轉(zhuǎn)角不大的情況下采用下圖（a）（b）所示的固定方法。在工作扭轉(zhuǎn)角不較大的情況下可采用雙股式扭轉(zhuǎn)彈簧（圖13-7(c)），也可采用作用在鉤環(huán)上的載荷是力偶的結(jié)構(gòu)（圖13-7(d)）精密機械設計第13章彈性元件扭轉(zhuǎn)彈簧的固定方法在工作扭轉(zhuǎn)角不大的情況下采用下圖（a）（b9二螺旋彈簧的計算1．拉伸彈簧和壓縮彈簧的計算在螺旋升角較小時，可認為彈簧絲僅承受扭轉(zhuǎn)作用。這時，彈簧的軸向變量和它所承受的軸向載荷F的關(guān)系如下：

——在載荷F作用下彈簧的變形量；

F——作用在彈簧上的載荷；——彈簧中徑；n——彈簧的有效圈數(shù)；G——材料的切變模量；

d——簧絲直徑。

精密機械設計第13章彈性元件二螺旋彈簧的計算1．拉伸彈簧和壓縮彈簧的計算在螺旋升角較小10彈簧的剛度為:

扭轉(zhuǎn)剪應力的最大值為:在進行強度計算時，還要考慮彈簧絲橫截面的剪切作用和彈簧絲呈螺旋狀對應力大小的影響，為此引入一個修正系數(shù)。故此時注：修正系數(shù)為K精密機械設計第13章彈性元件彈簧的剛度為:扭轉(zhuǎn)剪應力的最大值為:在進行強度計算時，還11式中，稱為彈簧的旋繞比。通常情況下C=4~16，設計時可參照下表選取。d/mm0.2～0.40.5～11.1～2.22.5～67～167～145～125～104～94～8旋繞比C的柬用值2．壓縮彈簧的穩(wěn)定性彈簧自由高度與中徑之比成為彈簧的高徑比，用精密機械設計第13章彈性元件式中，稱為彈簧的旋繞比。通常情況下C=4~16，設計時可參照12壓縮彈簧的失穩(wěn)：當載荷達到一定值時，彈簧會突然發(fā)生測向彎曲，使彈簧剛度突然降低的現(xiàn)象稱為壓縮彈簧的失穩(wěn)。為保證不失穩(wěn)應滿足的條件當彈簧兩端固定時，b＜5.3當彈簧一端固定，另一端可轉(zhuǎn)時，b＜3.7當彈簧兩端可轉(zhuǎn)時，b＜2.6在不滿足上面三個條件的情況下進行強度計算，保證彈簧的最大工作載荷F2小于或等于保持彈簧穩(wěn)定的臨界載荷FC。

即：式中——不穩(wěn)定系數(shù)；——彈簧剛度；——彈簧的自由高度。精密機械設計第13章彈性元件壓縮彈簧的失穩(wěn)：當載荷達到一定值時，彈簧會突然發(fā)生測向彎曲為13則應重新選擇參數(shù)，改變b值，提高FC。3．扭簧的計算——在力矩M作用下扭轉(zhuǎn)彈簧的轉(zhuǎn)角；M——作用在扭轉(zhuǎn)彈簧上的力矩；

n——有效圈數(shù)；

E——材料的彈性模量；

d——簧絲直徑。精密機械設計第13章彈性元件則應重新選擇參數(shù)，改變b值，提高FC。3．扭簧的計算——在14當扭簧工作時，產(chǎn)生的最大彎曲應力為——扭簧的曲度系數(shù)。精密機械設計第13章彈性元件當扭簧工作時，產(chǎn)生的最大彎曲應力為——扭簧的曲度系數(shù)。精154．螺旋彈簧的許用應力彈簧的兩種分類①按彈簧的工作特點和重要程度分Ⅰ類——工作時受動載荷作用，而且當彈簧損壞后將引起整個機構(gòu)發(fā)生故障的彈簧；

Ⅱ類——工作時受靜載荷作用或載荷均勻地增加的彈簧；

Ⅲ類——不重要的彈簧。②按彈簧承受載荷的性質(zhì)不同分Ⅰ類——工作時交變載荷作用次數(shù)在106次以上；Ⅱ類——受交變載荷次數(shù)在103～105次以及受沖擊載荷；Ⅲ類——受交變載荷次數(shù)在103以下。精密機械設計第13章彈性元件4．螺旋彈簧的許用應力彈簧的兩種分類①按彈簧的工作特點和重165．壓縮彈簧和拉伸彈簧的特性曲線①壓縮彈簧圓柱形壓縮螺旋彈簧及其特性曲線如下圖所示彈簧的彈性特性曲線為一直線，故其彈性特性（力與變形間的關(guān)系）遵從虎克定律，即力與變形成正比例關(guān)系常數(shù)——彈簧的工作行程彈簧的最小載荷（即安裝載荷）通常取精密機械設計第13章彈性元件5．壓縮彈簧和拉伸彈簧的特性曲線①壓縮彈簧圓柱形壓縮螺旋彈17②拉伸彈簧圓柱形拉伸螺旋彈簧及其彈性特性曲線如下圖所示精密機械設計第13章彈性元件②拉伸彈簧圓柱形拉伸螺旋彈簧及其彈性特性曲線如下圖所示精密18§3片簧和熱敏雙金屬片簧

一片簧

片簧是用狹長的金屬帶料和薄板料制成的彈性元件，最常見的工作方式為單端剛性固定（即呈懸臂梁狀態(tài)）和兩端鉸支（即呈簡支梁狀態(tài)）兩種。如下圖所示片簧分為直片簧和曲片簧兩種。精密機械設計第13章彈性元件§3片簧和熱敏雙金屬片簧一片簧片簧是用狹長的金屬19利用片簧結(jié)構(gòu)的電觸點應用很廣，下圖為片簧的應用實例

(a)為繼電器的觸頭；

(b)為壓緊棘爪和棘輪以實現(xiàn)力封閉的彎曲片簧；

(c)是作為壓力計敏感元件的直片簧

精密機械設計第13章彈性元件利用片簧結(jié)構(gòu)的電觸點應用很廣，下圖為片簧的應用實例(a)為20片簧的固定端常用螺釘固定，下圖為三種端部固定形式。精密機械設計第13章彈性元件片簧的固定端常用螺釘固定，下圖為三種端部固定形式。精密機21

二熱敏雙金屬片簧

熱敏雙金屬片簧，簡稱雙金屬片簧。它是由兩層不同熱膨脹系數(shù)的金屬片牢固結(jié)合而成。主動層為熱膨脹系數(shù)較大的一層。

被動層為熱膨脹系數(shù)較小的一層。由于兩層金屬的熱膨脹系數(shù)不同，導致熱膨脹量不等，使整個雙金屬片簧向被動層一面彎曲。（a）為常溫狀態(tài),(b)為增溫狀態(tài)。材料的選擇：1．主動層、被動層兩種材料的線脹系數(shù)之差應盡可能大2．兩種材料的彈性模量應接近，以擴大雙金屬彈簧的工作溫度范圍；3．要有良好的機械性能，便于加工；4．焊接容易。主動層采用黃銅、蒙銅和鎳鉬鐵合金。精密機械設計第13章彈性元件二熱敏雙金屬片簧熱敏雙金屬片簧，簡稱雙金屬片簧。它是由22§4其他類型的彈性元件簡介一游絲和發(fā)絲游絲和發(fā)絲的結(jié)構(gòu)示意圖精密機械設計第13章彈性元件§4其他類型的彈性元件簡介一游絲和發(fā)絲游絲和發(fā)絲的結(jié)構(gòu)示23二膜片與膜盒

膜片的邊緣固定，受壓力作用時產(chǎn)生彈性變形，其中心位移稱為撓度。如圖所示。其中（a）為平膜片，(b)為波紋膜片。精密機械設計第13章彈性元件二膜片與膜盒膜片的邊緣固定，受壓力作用時產(chǎn)生彈性變形，24(a)為壓力膜盒

(b)為真空膜盒

(c)為填充式膜盒

(d)為膜盒組

精密機械設計第13章彈性元件(a)為壓力膜盒(b)為真空膜盒(c)為填充式膜盒(d25演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/10/30精密機械設計第13章彈性元件演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew26精密機械設計第13章彈性元件2022/10/30精密機械設計第13章彈性元件精密機械設計第13章彈性元件2022/10/23精密機械設計27二彈簧元件的特性

兩種基本效應非彈性效應:指彈性元件的變形受其他因素(如時間溫度、材料性質(zhì)等)的影響所表現(xiàn)出來的性質(zhì).彈性效應:指彈性元件的變形僅僅是由于受載荷的影響所表現(xiàn)出來的性質(zhì),起具體參數(shù)為體現(xiàn)載荷和變形關(guān)系的剛度和靈敏度彈性特性直線型剛度漸增型剛度漸減型混合型彈性元件的彈性特性曲線精密機械設計第13章彈性元件二彈簧元件的特性兩種基本效應非彈性效應:指彈性元件的28剛度(F'):使彈性元件產(chǎn)生單位位移所需要的載荷(或)

F——彈性元件所受的拉力或壓力；

——彈性元件所產(chǎn)生的拉、壓變形；

M和T——分別為彎矩和扭矩；

——分別為斷面轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角；

和——分別稱為抗彎剛度和抗扭剛度。

和靈敏度(S):彈性元件承受單位載荷所產(chǎn)生的位移,它是剛度的倒數(shù).精密機械設計第13章彈性元件剛度(F'):使彈性元件產(chǎn)生單位位移所需要的載荷(或29三種彈性誤差現(xiàn)象①彈性滯后:彈性元件在加載與卸載過程中，彈性特性曲線不相重合的現(xiàn)象②彈性后效:彈性元件的變形落后于載荷作用（加載或卸載）的現(xiàn)象彈性滯后曲線圖

彈性后效曲線

精密機械設計第13章彈性元件三種彈性誤差現(xiàn)象①彈性滯后:彈性元件在加載與卸載過程中，30③溫度誤差——溫度為t℃時的彈性模量；

——在標準溫度（一般為20℃）時的彈性模量；

——彈性模量溫度系數(shù)；

三彈性元件的材料精密機械設計第13章彈性元件③溫度誤差——溫度為t℃時的彈性模量；——在標準溫度（一31§2螺旋彈簧按外形分類圓柱形螺旋彈簧(圖a)圓錐形螺旋彈簧（圖b）拋物線形螺旋彈簧（圖c)一圓柱形螺旋彈簧的形式和端部結(jié)構(gòu)

精密機械設計第13章彈性元件§2螺旋彈簧按外形分類圓柱形螺旋彈簧(圖a)圓32按載荷作用方式的不同圓柱形螺旋彈簧分以下三種形式：①拉伸彈簧（代號——L型）如圖（a）所示②壓縮彈簧（代號——Y型）如圖（b）所示③扭轉(zhuǎn)彈簧（代號——N型）如圖（c）所示精密機械設計第13章彈性元件按載荷作用方式的不同圓柱形螺旋彈簧分以下三種形式精密機械設計33拉伸彈簧和壓縮彈簧的固定方法壓縮彈簧常通過將端圈磨平或通過凸臺、凹槽來固定。如下圖中（a）（b）（c）所示。拉伸彈簧常通過兩端帶有的構(gòu)環(huán)來固定。如（d）（e）（f）等圖所示。精密機械設計第13章彈性元件拉伸彈簧和壓縮彈簧的固定方法壓縮彈簧常通過將端圈磨平或通過凸34扭轉(zhuǎn)彈簧的固定方法在工作扭轉(zhuǎn)角不大的情況下采用下圖（a）（b）所示的固定方法。在工作扭轉(zhuǎn)角不較大的情況下可采用雙股式扭轉(zhuǎn)彈簧（圖13-7(c)），也可采用作用在鉤環(huán)上的載荷是力偶的結(jié)構(gòu)（圖13-7(d)）精密機械設計第13章彈性元件扭轉(zhuǎn)彈簧的固定方法在工作扭轉(zhuǎn)角不大的情況下采用下圖（a）（b35二螺旋彈簧的計算1．拉伸彈簧和壓縮彈簧的計算在螺旋升角較小時，可認為彈簧絲僅承受扭轉(zhuǎn)作用。這時，彈簧的軸向變量和它所承受的軸向載荷F的關(guān)系如下：

——在載荷F作用下彈簧的變形量；

F——作用在彈簧上的載荷；——彈簧中徑；n——彈簧的有效圈數(shù)；G——材料的切變模量；

d——簧絲直徑。

精密機械設計第13章彈性元件二螺旋彈簧的計算1．拉伸彈簧和壓縮彈簧的計算在螺旋升角較小36彈簧的剛度為:

扭轉(zhuǎn)剪應力的最大值為:在進行強度計算時，還要考慮彈簧絲橫截面的剪切作用和彈簧絲呈螺旋狀對應力大小的影響，為此引入一個修正系數(shù)。故此時注：修正系數(shù)為K精密機械設計第13章彈性元件彈簧的剛度為:扭轉(zhuǎn)剪應力的最大值為:在進行強度計算時，還37式中，稱為彈簧的旋繞比。通常情況下C=4~16，設計時可參照下表選取。d/mm0.2～0.40.5～11.1～2.22.5～67～167～145～125～104～94～8旋繞比C的柬用值2．壓縮彈簧的穩(wěn)定性彈簧自由高度與中徑之比成為彈簧的高徑比，用精密機械設計第13章彈性元件式中，稱為彈簧的旋繞比。通常情況下C=4~16，設計時可參照38壓縮彈簧的失穩(wěn)：當載荷達到一定值時，彈簧會突然發(fā)生測向彎曲，使彈簧剛度突然降低的現(xiàn)象稱為壓縮彈簧的失穩(wěn)。為保證不失穩(wěn)應滿足的條件當彈簧兩端固定時，b＜5.3當彈簧一端固定，另一端可轉(zhuǎn)時，b＜3.7當彈簧兩端可轉(zhuǎn)時，b＜2.6在不滿足上面三個條件的情況下進行強度計算，保證彈簧的最大工作載荷F2小于或等于保持彈簧穩(wěn)定的臨界載荷FC。

即：式中——不穩(wěn)定系數(shù)；——彈簧剛度；——彈簧的自由高度。精密機械設計第13章彈性元件壓縮彈簧的失穩(wěn)：當載荷達到一定值時，彈簧會突然發(fā)生測向彎曲為39則應重新選擇參數(shù)，改變b值，提高FC。3．扭簧的計算——在力矩M作用下扭轉(zhuǎn)彈簧的轉(zhuǎn)角；M——作用在扭轉(zhuǎn)彈簧上的力矩；

n——有效圈數(shù)；

E——材料的彈性模量；

d——簧絲直徑。精密機械設計第13章彈性元件則應重新選擇參數(shù)，改變b值，提高FC。3．扭簧的計算——在40當扭簧工作時，產(chǎn)生的最大彎曲應力為——扭簧的曲度系數(shù)。精密機械設計第13章彈性元件當扭簧工作時，產(chǎn)生的最大彎曲應力為——扭簧的曲度系數(shù)。精414．螺旋彈簧的許用應力彈簧的兩種分類①按彈簧的工作特點和重要程度分Ⅰ類——工作時受動載荷作用，而且當彈簧損壞后將引起整個機構(gòu)發(fā)生故障的彈簧；

Ⅱ類——工作時受靜載荷作用或載荷均勻地增加的彈簧；

Ⅲ類——不重要的彈簧。②按彈簧承受載荷的性質(zhì)不同分Ⅰ類——工作時交變載荷作用次數(shù)在106次以上；Ⅱ類——受交變載荷次數(shù)在103～105次以及受沖擊載荷；Ⅲ類——受交變載荷次數(shù)在103以下。精密機械設計第13章彈性元件4．螺旋彈簧的許用應力彈簧的兩種分類①按彈簧的工作特點和重425．壓縮彈簧和拉伸彈簧的特性曲線①壓縮彈簧圓柱形壓縮螺旋彈簧及其特性曲線如下圖所示彈簧的彈性特性曲線為一直線，故其彈性特性（力與變形間的關(guān)系）遵從虎克定律，即力與變形成正比例關(guān)系常數(shù)——彈簧的工作行程彈簧的最小載荷（即安裝載荷）通常取精密機械設計第13章彈性元件5．壓縮彈簧和拉伸彈簧的特性曲線①壓縮彈簧圓柱形壓縮螺旋彈43②拉伸彈簧圓柱形拉伸螺旋彈簧及其彈性特性曲線如下圖所示精密機械設計第13章彈性元件②拉伸彈簧圓柱形拉伸螺旋彈簧及其彈性特性曲線如下圖所示精密44§3片簧和熱敏雙金屬片簧

一片簧

片簧是用狹長的金屬帶料和薄板料制成的彈性元件，最常見的工作方式為單端剛性固定（即呈懸臂梁狀態(tài)）和兩端鉸支（即呈簡支梁狀態(tài)）兩種。如下圖所示片簧分為直片簧和曲片簧兩種。精密機械設計第13章彈性元件§3片簧和熱敏雙金屬片簧一片簧片簧是用狹長的金屬45利用片簧結(jié)構(gòu)的電觸點應用很廣，下圖為片簧的應用實例

(a)為繼電器的觸頭；

(b)為壓緊棘爪和棘輪以實現(xiàn)力封閉的彎曲片簧；

(c)是作為壓力計敏感元件的直片簧

精密機械設計第13章彈性元件利用片簧