1、第十一章 彈簧設(shè)計,一、概述,1. 彈簧的基本類型,圓柱螺旋 拉伸彈簧,圓柱螺旋 壓縮彈簧,截錐螺旋 壓縮彈簧,環(huán)形彈簧,碟形彈簧,圓柱螺旋 扭轉(zhuǎn)彈簧,渦卷形彈簧,板彈簧,圓柱螺旋 拉伸彈簧,圓柱螺旋 壓縮彈簧,圓柱螺旋 扭轉(zhuǎn)彈簧,截錐螺旋 壓縮彈簧,環(huán)形彈簧,碟形彈簧,渦卷形彈簧,板彈簧,2. 彈簧的功用,吸振、緩沖,完成預(yù)定的運動,儲存或釋放能量,測量力的裝置,3. 彈簧的材料,彈簧經(jīng)常受到交變和沖擊載荷,(1) 要求,經(jīng)久不變的彈力,高的靜強度和疲勞強度,耐沖擊,良好的塑性變形,熱處理性能好,(2) 常用材料,碳素彈簧鋼：,適于做小的或要求不高的彈簧,合金彈簧鋼；,熱處理性能好、用于受載

2、較大的彈簧,不銹鋼：,耐腐蝕,按載荷性質(zhì) 彈簧分成三類,I 類：,II 類：,III 類：,承受變載、沖擊 作用次數(shù),承受變載、沖擊 作用次數(shù),承受變載或不太重要的彈簧 作用次數(shù),非金屬材料 (橡膠彈簧等),二、圓柱螺旋拉、壓彈簧的設(shè)計,1. 彈簧的結(jié)構(gòu),(1) 壓縮彈簧,兩端面圈并緊磨平,支承端面與軸線垂直,LI、LII型：,兩端面圈并緊不磨平,(2) 拉伸彈簧,LVII型：,YI型：,YIII型：,掛鉤可轉(zhuǎn)任意方向、用于受力較大場合,掛鉤過渡處彎曲應(yīng)力大、簧絲,YI型,YIII型,LI型,LII型,LVII型,2. 彈簧的幾何尺寸,簧絲直徑,外徑,內(nèi)徑,中徑,節(jié)距,螺旋升角,壓簧自由高度,

3、有效圈數(shù),總?cè)?shù),拉簧長度,彈簧指數(shù),衡量彈簧曲率重要參數(shù),彈簧軟、易變形,容易繞制,產(chǎn)生顫動、不穩(wěn)定,通常取,或按表選,3. 彈簧的特性曲線,(1) 壓縮彈簧,彈簧所受載荷與變形的關(guān)系曲線,自由高度,未受載,受,高度,變形,受,高度,變形,受,高度,變形,產(chǎn)生的,產(chǎn)生的應(yīng)力達到材料剪切彈性極限,工作行程,彈簧剛度,(2) 拉伸彈簧,自由高度,未受載,受,高度,變形,受,高度,變形,受,高度,變形,工作行程,彈簧剛度,無初應(yīng)力的彈簧,有初應(yīng)力的彈簧,繞制時各圈間有一定的壓緊力， 簧絲中產(chǎn)生一定的預(yù)緊力 F0 ， 當工作載荷大于 F0 時，彈簧才能伸長,為產(chǎn)生假想變形量 x 的初拉力 F0,彈簧

4、剛度,上部：,小,下部：,大,受載后，下部先壓緊，上部再壓縮,4. 彈簧的設(shè)計準則,滿足強度條件,滿足剛度條件,滿足穩(wěn)定性條件,滿足強度條件,滿足剛度條件,強度條件,剛度條件,簧絲直徑 d,彈簧圈數(shù) n,穩(wěn)定性驗算,(1) 強度條件,疊加后剪切應(yīng)力最大值,考慮彈簧曲率及螺旋升角的影響最大剪切應(yīng)力,最大扭剪應(yīng)力,剪切力,剪應(yīng)力,轉(zhuǎn)矩,在靠近彈簧 軸線的一側(cè),簧絲受扭是曲桿受扭,內(nèi)側(cè)單位長度扭轉(zhuǎn)變形大,曲度系數(shù),校核式：,設(shè)計式；,(2) 剛度條件,外載 F 所做功 彈簧儲存變形能,由材料力學(xué)知,轉(zhuǎn)矩,極慣性矩,剪切彈性模量,受扭長度,彈簧變形量：,彈簧剛度：,計算工作圈數(shù)：,應(yīng)圓整為0.5的整數(shù)

5、倍 且大于2,(3) 穩(wěn)定性條件 (對壓縮彈簧),兩端固定 b5.3,一端固定一端自由 b3.7,兩端自由 b2.6,未滿足上述要求，則需要進行穩(wěn)定性驗算,臨界載荷,不穩(wěn)定系數(shù),高徑比,5. 彈簧的設(shè)計步驟,(1) 設(shè)計要求,已知：,尺寸限制和工況,設(shè)計：,其他尺寸,繪制工作圖,最大工作載荷,最小工作載荷,工作行程,簧絲直徑,工作圈數(shù),具體做法,選,預(yù)選,(2) 實例,1) 初選 C,初選彈簧指數(shù) C 7 5.2 6,設(shè)計壓簧，II類方式工作，端部并緊磨平,2) 計算 n,剪切模量 G 79000 79000,3) 實際變形量,4) 其他幾何尺寸,5) 穩(wěn)定性驗算,三、其它彈簧簡介,1. 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧,設(shè)計方法 與圓柱螺旋拉、壓彈簧相似,強度條件,變形條件,簧絲直徑 d,彈簧圈數(shù) n,2. 碟形彈簧,剛度很大的壓縮彈簧,受軸向載荷,錐角 減小,產(chǎn)生軸向變形,U 為彈簧所吸收的變形能,卸載過程與加載過程重合,吸收的能量全部釋放,加載近似為直線OA,卸載為曲線OBA,陰影面積為摩擦耗能,OAC面積為吸收的變形能,3. 環(huán)形彈簧,受軸向載荷,內(nèi)環(huán)直徑減小 外環(huán)直徑增大,彈簧壓縮,剛度相當大的壓縮彈簧,卸載開始的AB段為直線，彈性內(nèi)力 需要先克服摩擦力，故不能立即恢 復(fù)變形,卸載為AB段和BO段,達70%，