机械设计教程－16弹簧

【教学内容】：弹簧的功用与类型；圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算。

【基本要求】：了解各类弹簧的工作原理、特点及应用，掌握圆柱螺旋弹簧的设计方法

【教学重点及难点】：圆柱螺旋弹簧的设计计算

【教学方法】:   讲授法 利用板书及多媒体等方式，结合实例，进行启发式、引导式教学。

【学时】：课堂教学：1学时

   §16—1  概述

一、弹簧的功用与类型

1、弹簧的功用

   （1）控制机构的位置和运动；（2）缓冲及吸振；（3）储存能量；（4）测量力和力矩

2、弹簧的类型

     性质不同，压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。外形又可分为螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力

二、弹簧的材料和制造

 1、弹簧的材料和许用应力

      要求弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限，足够的韧性和塑性，良好的热处理性能。

      常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢（如60、75、65Mn等）、硅锰弹簧钢（如60Si2MnA）、铬钒弹簧刚（如50Cr-VA）、不锈钢（如1Cr18Ni9）及青铜（如QBe2）等。

   弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关。

二、弹簧的制造

  弹簧的卷制方法有冷卷法和热卷法

           §16—2 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算

  一、弹簧特性线

   预紧力F₁称为弹簧的最小载荷。F_max为弹簧所承受的最大工作载荷，此时，弹簧高度压缩到H₂，相应变形为λ_max，该时刻弹簧各圈之间仍应保留δ₁的间隙，欲称余隙。F₃为弹簧的极限载荷。

       λ_max与λ₁之差或H₂与H₁之差，称为弹簧的工作行程λ₀

   二、基本参数及其选择

   圆柱螺旋弹簧的主要参数有：弹簧丝直径d、弹簧圈外径D、内径D₁、中径D₂、弹簧节距p和螺旋升角α。

        弹簧指数C（又称旋绕比）

   三、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算

   1、弹簧受力

   2、弹簧应力

   曲度系数K

   四、弹簧的刚度计算

   1、弹簧的变形

          mm

   2、弹簧刚度和圈数

  3、弹簧的稳定性验算

   压缩弹簧的自由高度H₀与中径D₂之比称为长细比，以b表示。

   当弹簧两端固定时，b<5.3；当弹簧一端固定，一端可转时，b<3.7；当弹簧两端都可转动时，b<2.6。

   临界稳定载荷

   F_c=C_BkH₀  N

         F_c——临界稳定载荷，

   C_B——不稳定系数

   k——弹簧刚度

   为保证弹簧的稳定性必须满足

   F_c≥(2~2.5)F_max

     rad

   扭转刚度

     N·mm/rad

  工作圈数