第16章彈簧

1、東莞理工學(xué)院專用1第十六章第十六章 彈彈 簧簧 16-1 概述概述 16-2 圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造、材料及圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造、材料及 許用應(yīng)力許用應(yīng)力16-5 * 其它彈簧簡介其它彈簧簡介16-3 圓柱螺旋壓縮圓柱螺旋壓縮 (拉伸拉伸)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 16-4 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算東莞理工學(xué)院專用2工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：彈簧在外力作用下能產(chǎn)生較大的彈性變形，彈簧在外力作用下能產(chǎn)生較大的彈性變形， 在機(jī)械設(shè)備中被廣泛用作彈性元件。在機(jī)械設(shè)備中被廣泛用作彈性元件。功用：功用：1. 控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)或零件的位置控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)或零件的位置; 如凸輪機(jī)構(gòu)、

2、離合器、閥門等；16-1 概概 述述3. 存儲(chǔ)能量存儲(chǔ)能量; 如鐘表儀器中的彈簧；4. 測(cè)量力的大小測(cè)量力的大小 ；如彈簧秤中的彈簧螺旋螺旋彈簧彈簧 圓柱形圓柱形 截錐形截錐形 按形狀分按形狀分 按受載分按受載分 拉伸彈簧拉伸彈簧 壓縮彈簧壓縮彈簧 扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧 5. 改變系統(tǒng)的自振頻率。改變系統(tǒng)的自振頻率。分類分類2. 緩沖吸振緩沖吸振; 如車輛彈簧和各種緩沖器中的彈簧；東莞理工學(xué)院專用3本章內(nèi)容本章內(nèi)容分類分類螺旋彈簧螺旋彈簧 圓柱形圓柱形 截錐形截錐形 按形狀分按形狀分 按受載分按受載分 拉伸彈簧拉伸彈簧 壓縮彈簧壓縮彈簧 扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧 環(huán)形彈簧環(huán)形彈簧 平面渦圈彈簧平面渦圈彈簧

3、 儀表中儲(chǔ)能用板彈簧板彈簧 碟形彈簧碟形彈簧 東莞理工學(xué)院專用416-2 圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造、材料圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、制造、材料及許用應(yīng)力及許用應(yīng)力一、圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)形式一、圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)形式壓縮彈簧在自由狀態(tài)下，各圈之間留有一定間距壓縮彈簧在自由狀態(tài)下，各圈之間留有一定間距 。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在最大載荷作用下，各圈之間仍需保留設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在最大載荷作用下，各圈之間仍需保留一定的間距一定的間距1 1=0.1d 0.2mm=0.1d 0.2mm支承圈或死圈支承圈或死圈-當(dāng)當(dāng)n7n7時(shí)，兩端有時(shí)，兩端有3/43/4圈并緊；當(dāng)圈并緊；當(dāng)n7n7時(shí)，兩端有時(shí)，兩端有1 1 1.751.75圈

4、并緊，以使彈簧站立平直，圈并緊，以使彈簧站立平直，這部分不參與變形。這部分不參與變形。不磨平不磨平磨平磨平端部磨平端部磨平-重要彈簧重要彈簧端部不磨平端部不磨平- - 一般用途一般用途磨平長度不小于3/4圈，端部厚度近似為d/4d/4壓縮彈簧的總?cè)?shù)：壓縮彈簧的總?cè)?shù)：n1 = n+(1.52.5)為使工作平穩(wěn)，為使工作平穩(wěn)，n1的尾數(shù)取的尾數(shù)取1/21/2變形用n為有效圈數(shù)1 1、圓柱螺旋壓縮彈簧、圓柱螺旋壓縮彈簧 端面圈類型可見p.384東莞理工學(xué)院專用52 2、圓柱螺旋圓柱螺旋拉伸彈簧拉伸彈簧a) a) 各圈相互并緊各圈相互并緊=0=0；b) b) 制作完成后具有初拉力；制作完成后具有初

5、拉力；c) c) 端部做有拉鉤，以便安裝和加載。端部做有拉鉤，以便安裝和加載。掛鉤形式：掛鉤形式：半圓鉤環(huán)型、圓鉤環(huán)型、半圓鉤環(huán)型、圓鉤環(huán)型、 轉(zhuǎn)鉤、可調(diào)轉(zhuǎn)鉤。轉(zhuǎn)鉤、可調(diào)轉(zhuǎn)鉤。P.385P.385改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算與壓縮彈簧相同。拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算與壓縮彈簧相同。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、但彎曲應(yīng)力大。應(yīng)用于中小載荷與不重要的場(chǎng)合。特點(diǎn)：彎曲應(yīng)力小。適用于變載荷的場(chǎng)，但成本較高。東莞理工學(xué)院專用6二、彈簧的制造二、彈簧的制造制造過程：制造過程：卷繞、端面加工卷繞、端面加工(壓簧壓簧)或拉鉤制作（拉簧或拉鉤制作（拉簧或扭簧）、熱處理和工藝性試驗(yàn)?；蚺せ桑?、熱處理和

6、工藝性試驗(yàn)。冷卷：冷卷：d12 mm，不易淬透，故僅適用于小尺寸的，不易淬透，故僅適用于小尺寸的 彈簧。彈簧。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：適用于承受變載荷、沖擊載荷或工作溫度較高適用于承受變載荷、沖擊載荷或工作溫度較高 的彈簧。的彈簧。東莞理工學(xué)院專用8選用原則：選用原則： 充分考慮載荷條件（載荷的大小及性質(zhì)、工作溫充分考慮載荷條件（載荷的大小及性質(zhì)、工作溫度和周圍介質(zhì)的情況）、功用及經(jīng)濟(jì)性等因素。一般度和周圍介質(zhì)的情況）、功用及經(jīng)濟(jì)性等因素。一般應(yīng)優(yōu)先采用碳素碳簧鋼絲。應(yīng)優(yōu)先采用碳素碳簧鋼絲。2、彈簧的許用應(yīng)力、彈簧的許用應(yīng)力彈簧的許用應(yīng)力主要取決材料品質(zhì)、熱處理方法、載荷性質(zhì)、彈簧的工作條件和重要程度，以

7、及簧絲的尺寸等彈簧按載荷分為三類：彈簧按載荷分為三類：I類彈簧：類彈簧： 受變載荷作用次數(shù)受變載荷作用次數(shù)106，或很重要的彈簧?；蚝苤匾膹椈伞I類彈簧：類彈簧：受變載荷作用次數(shù)在受變載荷作用次數(shù)在103 105 ，或受沖擊或受沖擊 載荷的彈載荷的彈 簧，或受靜載荷的重要彈簧?；?，或受靜載荷的重要彈簧。III類彈簧：類彈簧：受變載荷作用次數(shù)在受變載荷作用次數(shù)在103 ，或受靜載荷或受靜載荷 的彈簧。的彈簧。幾種常用彈簧材料及其許用應(yīng)力見表幾種常用彈簧材料及其許用應(yīng)力見表16-2，p.386 彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度要求見表彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度要求見表16-3（摘自（摘自GB/T4357-2009)

8、,p.386 東莞理工學(xué)院專用外徑外徑D D2 2、中徑中徑D D、內(nèi)徑、內(nèi)徑D D1 1、節(jié)距節(jié)距p、螺旋升角螺旋升角及彈簧絲直徑及彈簧絲直徑d d通常通常 對(duì)于壓縮彈簧：對(duì)于壓縮彈簧：=5=59 9螺旋升角：螺旋升角：p pD D=arctan=arctanD一、幾何參數(shù)計(jì)算一、幾何參數(shù)計(jì)算 maxmaxF2H0p p16-3 圓柱螺旋壓縮圓柱螺旋壓縮 (拉伸拉伸)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 彈簧的旋向分左旋、右旋。彈簧的旋向分左旋、右旋。一般都用右旋。一般都用右旋。普通圓柱螺旋壓縮及拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算公式見表普通圓柱螺旋壓縮及拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算公式見表16-5,p.38916-

9、5,p.389計(jì)算出的彈簧絲直徑計(jì)算出的彈簧絲直徑d d及彈簧中徑等按表及彈簧中徑等按表16-616-6的數(shù)值圓整。的數(shù)值圓整。p.390p.390東莞理工學(xué)院專用10表表16-4 16-4 圓柱螺旋彈簧幾何尺寸計(jì)算圓柱螺旋彈簧幾何尺寸計(jì)算 東莞理工學(xué)院專用11續(xù)表續(xù)表16-4 16-4 圓柱螺旋彈簧幾何尺寸計(jì)算圓柱螺旋彈簧幾何尺寸計(jì)算 東莞理工學(xué)院專用12二、二、 彈簧的特性曲線彈簧的特性曲線特性曲線特性曲線- - 載荷載荷變形曲線變形曲線壓縮彈簧的壓縮彈簧的特性曲線特性曲線F1 1、壓縮彈簧的特性曲線、壓縮彈簧的特性曲線F1F2Flim東莞理工學(xué)院專用13arctgarctgk k最小工作

10、載荷最小工作載荷: :F Fminmin=（0.10.5）Fmax最大工作載荷最大工作載荷- - F Fmaxmax在在F Fmaxmax的作用下，的作用下，maxmax 彈簧在安裝位置所受壓力，它能使彈簧可靠地穩(wěn)定在安裝位置上。極限載荷極限載荷- - F FlimlimlimEmaxmaxminmin0 0壓縮彈簧的壓縮彈簧的特性曲線特性曲線F最小變形最小變形- - minmin對(duì)應(yīng)的變形對(duì)應(yīng)的變形-maxmax極限變形極限變形- - limlimFFF0 0時(shí)彈時(shí)彈簧才開始變形。簧才開始變形。FminFminFmaxFmaxFlimFlim東莞理工學(xué)院專用16D/2A-ABBM=Tsin

11、F故截面故截面B-B上的載荷可近似取為：上的載荷可近似取為： FFF”彈簧受軸向載荷彈簧受軸向載荷F時(shí)，作用時(shí)，作用在軸向截面在軸向截面A-A上的力有：上的力有：扭矩：扭矩： T=FD/2軸向力：軸向力： F 在法面在法面B-B上的力有：上的力有：橫向力橫向力: F”軸向力軸向力: F彎矩：彎矩： M=Tsin扭矩：扭矩： =5 9 sin 0, cos 1扭矩：扭矩： T=FD/2FT d B-BAA=Fcos=FsinTT=Tcos橫向力：橫向力：F三、彈簧受載時(shí)的應(yīng)力與變形三、彈簧受載時(shí)的應(yīng)力與變形1、簧絲受力分析、簧絲受力分析TFT=Tcos 東莞理工學(xué)院專用17FT2FDTF扭矩：剪

12、切力：截面受力：截面受力：剪切應(yīng)力：剪切應(yīng)力：T T 2、彈簧的應(yīng)力、彈簧的應(yīng)力扭切應(yīng)力：扭切應(yīng)力：DddFD218324dFF2348dFdFDFTTTWT1623dDFD2 /2彈彈簧簧軸軸線線 d TF FD2 /2彈彈簧簧軸軸線線 d F38dFD合成應(yīng)力：合成應(yīng)力：D2 /2彈彈簧簧軸軸線線 d F F F F FT TdDC 令CdFC5 .0182東莞理工學(xué)院專用18C-旋繞比，或彈簧指數(shù)。旋繞比，或彈簧指數(shù)。dF F F F dKKT T未考慮簧絲曲率的應(yīng)力 由于由于0.5/C遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于1，故由，故由F引起的剪切應(yīng)力可忽略。引起的剪切應(yīng)力可忽略。 若考慮螺旋升角和簧絲曲率若考

13、慮螺旋升角和簧絲曲率對(duì)應(yīng)力集中的影響，實(shí)際應(yīng)力對(duì)應(yīng)力集中的影響，實(shí)際應(yīng)力分布與理論分析有差別。分布與理論分析有差別。2285 .018dFCCdFC28dFCD(min) 0.20.4 0.451 1.12.2 2.56 716 1842 C=D/d 714 512 510 49 48 46表表16-7 常用旋繞比常用旋繞比C 實(shí)踐證明：彈簧內(nèi)側(cè)實(shí)踐證明：彈簧內(nèi)側(cè)m點(diǎn)最容點(diǎn)最容易產(chǎn)生破壞。易產(chǎn)生破壞。mm東莞理工學(xué)院專用191.61.51.41.31.21.11.0C=D /2曲度系數(shù)曲度系數(shù)K3 4 5 6 7 82010121416918-彈簧的曲度系數(shù)彈簧的曲度系數(shù) 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：

14、82dFCKCCCK615.04414:其中設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)公式：6.1KFCd 其值可直接查表下表可得引入曲度系數(shù)引入曲度系數(shù)K來補(bǔ)償螺旋升角和簧絲曲率的影響，得：來補(bǔ)償螺旋升角和簧絲曲率的影響，得：東莞理工學(xué)院專用203、彈簧的變形、彈簧的變形dttdsdGFDd00428438GdnFDFk在軸向載荷的作用下，彈簧產(chǎn)生軸向變形，取微段分析D/2微段軸向變形量微段軸向變形量d：C kC值過小值過小 制造困難，內(nèi)側(cè)應(yīng)力制造困難，內(nèi)側(cè)應(yīng)力；常用值：常用值：C=58 C值過大值過大 彈簧容易顫動(dòng)。彈簧容易顫動(dòng)。dD2F428dGdsFDGdnFC38nDGd348nCGd38n為有效圈數(shù)G-材料的

15、切變模量：根據(jù)材料力學(xué)有關(guān)圓柱螺旋彈簧變形的計(jì)算公式dsOTTOF鋼：鋼：G=8104 Mpa, 青銅：青銅：G=4104 Mpa dDd2東莞理工學(xué)院專用21彈簧的最大變形量：彈簧的最大變形量：1）對(duì)于壓縮彈簧和無預(yù)應(yīng)力拉伸彈簧：）對(duì)于壓縮彈簧和無預(yù)應(yīng)力拉伸彈簧：GdnCF3maxmax82）對(duì)于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧：）對(duì)于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧： GdnCFF30maxmax)(8 拉伸彈簧的初拉力取決于拉伸彈簧的初拉力取決于材料、簧絲直徑、旋繞比和材料、簧絲直徑、旋繞比和加工方法?？砂从覉D選取。加工方法?？砂从覉D選取。C=D/d C=D/d 3 4 5 6 7 8 9 10 11 123 4

16、5 6 7 8 9 10 11 1222022020020018018016016014014012012010010080806060404020200 00初拉應(yīng)力初拉應(yīng)力 KDdF8030初拉力的計(jì)算：初拉力的計(jì)算： 東莞理工學(xué)院專用22四、圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算步驟四、圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算步驟設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：有足夠的強(qiáng)度有足夠的強(qiáng)度符合符合載荷載荷-變形變形曲線的要求曲線的要求（剛度要求）（剛度要求）不發(fā)生側(cè)彎不發(fā)生側(cè)彎( (失穩(wěn)失穩(wěn)) )已知條件：已知條件：最大工作載荷最大工作載荷Fmax和相應(yīng)的變形和相應(yīng)的變形maxmax，其其 它要求（如工作溫度、安裝空

17、間的限制等）它要求（如工作溫度、安裝空間的限制等）計(jì)算步驟：計(jì)算步驟：1)1)選擇彈簧材料及結(jié)構(gòu)形式；選擇彈簧材料及結(jié)構(gòu)形式；3)3)根據(jù)安裝空間初設(shè)彈簧中徑根據(jù)安裝空間初設(shè)彈簧中徑D，由，由C值估取彈簧絲值估取彈簧絲 直徑直徑d，并查取彈簧絲的許用應(yīng)力；，并查取彈簧絲的許用應(yīng)力；4)4)試算簧絲直徑：試算簧絲直徑：2) 選擇旋繞比選擇旋繞比C，通?？扇?，通?？扇 5 8，并算出補(bǔ)償系，并算出補(bǔ)償系 數(shù)數(shù)K值；值； KCFdmax6.1東莞理工學(xué)院專用235)5) 根據(jù)變形條件求出彈簧工作圈數(shù)：根據(jù)變形條件求出彈簧工作圈數(shù)：對(duì)于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧：對(duì)于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧：對(duì)于壓縮彈簧或無預(yù)應(yīng)

18、力的拉伸彈簧：對(duì)于壓縮彈簧或無預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧： max30max)(8CFFGdnmax3max8CFGdn 6) 檢查檢查D2、D1、H0是否符合安裝要求等是否符合安裝要求等; 7)7) 驗(yàn)算：驗(yàn)算： 強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算 振動(dòng)驗(yàn)算振動(dòng)驗(yàn)算穩(wěn)定性驗(yàn)算穩(wěn)定性驗(yàn)算 強(qiáng)度校核：強(qiáng)度校核：循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù) N103 疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度校核疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度校核; ; 循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù) N103 靜強(qiáng)度校核靜強(qiáng)度校核; ; 東莞理工學(xué)院專用24F FlimlimF FO2 21 1OtD2F13min8FdKDa)a)疲勞強(qiáng)度校核疲勞強(qiáng)度校核 23max8FdKDFcaSSmaxmin075.0F

19、F1 1-安裝載荷；安裝載荷；1 1預(yù)壓變形量；預(yù)壓變形量；F F2 2最大載荷；最大載荷；2 2最大變形量；最大變形量；強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：F F1 1F F2 2minminmaxmax當(dāng)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算及材力學(xué)性能數(shù)據(jù)精確性高時(shí)，?。寒?dāng)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算及材力學(xué)性能數(shù)據(jù)精確性高時(shí)，?。?SF=1.31.7； 當(dāng)精確性低時(shí)，?。寒?dāng)精確性低時(shí)，?。?SF=1.82.2。0的含義按下頁表選取FF東莞理工學(xué)院專用25SSScaSSmaxb)b)靜強(qiáng)度校核靜強(qiáng)度校核 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：變載荷作用次數(shù)變載荷作用次數(shù)N 104 105 106 107 0 0.45B 0.35B 0.33B 0.30B 表

20、表16-9 彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)極限彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)極限0 當(dāng)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算及材力學(xué)性能數(shù)據(jù)精確性高時(shí)，?。寒?dāng)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算及材力學(xué)性能數(shù)據(jù)精確性高時(shí)，?。?S SS S =1.3=1.31.71.7； 當(dāng)精確性低時(shí)，?。寒?dāng)精確性低時(shí)，?。?S SS S =1.8=1.82.22.2。振動(dòng)驗(yàn)算振動(dòng)驗(yàn)算 對(duì)于承受變載荷的彈簧，當(dāng)加載頻率很高時(shí)，對(duì)于承受變載荷的彈簧，當(dāng)加載頻率很高時(shí)， 容容易引起彈簧的諧振而導(dǎo)致彈簧破壞。因此要進(jìn)行振動(dòng)易引起彈簧的諧振而導(dǎo)致彈簧破壞。因此要進(jìn)行振動(dòng)驗(yàn)算，以保證工作頻率遠(yuǎn)低于基本自振頻率。驗(yàn)算，以保證工作頻率遠(yuǎn)低于基本自振頻率。東莞理工學(xué)院專用26cos9.812G

21、nDdfb)()2015(為工作頻率WWbfff2015bWff即：SFbmkf21圓柱螺旋彈簧的基本自振頻率為：圓柱螺旋彈簧的基本自振頻率為：將將kF和和mS代入后，可得：代入后，可得：nDGdkF348其中彈簧剛度：其中彈簧剛度：LdmS42彈簧質(zhì)量系數(shù)：彈簧質(zhì)量系數(shù)： 為避免彈簧發(fā)生嚴(yán)重振動(dòng)，要求：為避免彈簧發(fā)生嚴(yán)重振動(dòng)，要求： 當(dāng)不能滿足以上要求時(shí)，應(yīng)重新設(shè)計(jì)，增大當(dāng)不能滿足以上要求時(shí)，應(yīng)重新設(shè)計(jì)，增大kF或減小或減小mS。東莞理工學(xué)院專用27失穩(wěn)失穩(wěn)當(dāng)當(dāng)b大于許用值時(shí)，彈簧工作時(shí)會(huì)彎曲而失穩(wěn)。大于許用值時(shí)，彈簧工作時(shí)會(huì)彎曲而失穩(wěn)。高徑比：高徑比： b= H0 / D D2 2 5.3

22、 兩端固定的彈簧兩端固定的彈簧 3.7 一端固定，一端自由轉(zhuǎn)動(dòng)一端固定，一端自由轉(zhuǎn)動(dòng) FFmaxmax 其中：其中：F Fc c -穩(wěn)定時(shí)的臨界載荷；穩(wěn)定時(shí)的臨界載荷； C Cu u不穩(wěn)定系數(shù)；不穩(wěn)定系數(shù)； Cu2 4 6 8 100.80.60.40.20b=H0/D2兩端固定兩端固定兩端回轉(zhuǎn)兩端回轉(zhuǎn)一端固定一端固定一端回轉(zhuǎn)一端回轉(zhuǎn)東莞理工學(xué)院專用28加裝導(dǎo)向桿加裝導(dǎo)向桿加裝導(dǎo)向套加裝導(dǎo)向套失穩(wěn)失穩(wěn)注意：注意：導(dǎo)桿、導(dǎo)套導(dǎo)桿、導(dǎo)套與彈簧之與彈簧之間的間隙不能太大，間的間隙不能太大，工作時(shí)需加潤滑油。工作時(shí)需加潤滑油。內(nèi)部加裝導(dǎo)向桿；內(nèi)部加裝導(dǎo)向桿；或外部加導(dǎo)向套?；蛲獠考訉?dǎo)向套。 若若F F

23、c c F 1018 1030 3050 5080 80120 120150間隙間隙C 0.6 1 2 3 4 5 6 7表表16-8 導(dǎo)桿、導(dǎo)套與彈簧間的直徑間隙導(dǎo)桿、導(dǎo)套與彈簧間的直徑間隙東莞理工學(xué)院專用29一、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的結(jié)構(gòu)一、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 特點(diǎn)：特點(diǎn)：外形和拉壓彈簧相似，但承受力矩載荷。外形和拉壓彈簧相似，但承受力矩載荷。16-4 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 扭轉(zhuǎn)彈簧的軸向長度：扭轉(zhuǎn)彈簧的軸向長度：H0=n(d+0)+Hh n-有效圈數(shù)；有效圈數(shù)；0 0NINI型型NIVNIV型型NIIINIII型型NIINII型型H0TTHh0

24、-軸向間距，一般取軸向間距，一般取0 =0.10.5 mm； d dd-簧絲直徑簧絲直徑; Hh -掛鉤長度掛鉤長度; 東莞理工學(xué)院專用30二、扭轉(zhuǎn)彈簧的特性曲線二、扭轉(zhuǎn)彈簧的特性曲線TT 在材料的彈性極限內(nèi)，扭轉(zhuǎn)在材料的彈性極限內(nèi)，扭轉(zhuǎn)彈簧的載荷彈簧的載荷(扭矩扭矩)與變形與變形(轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角) -特性曲線也是呈線性變化。特性曲線也是呈線性變化。TTlim 、lim -極限工作扭轉(zhuǎn)及極限轉(zhuǎn)角極限工作扭轉(zhuǎn)及極限轉(zhuǎn)角; Tmax 、max -最大工作扭轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)角最大工作扭轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)角; Tmin 、min -最小工作扭轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)角最小工作扭轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)角; 一般?。阂话闳。篢min =(0.10.5) Tmax 。

25、應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：用于壓緊和儲(chǔ)能，如門的自動(dòng)復(fù)位、電機(jī)用于壓緊和儲(chǔ)能，如門的自動(dòng)復(fù)位、電機(jī)中保持電刷的接觸壓力等。中保持電刷的接觸壓力等。TT limT limT maxmaxT minmin東莞理工學(xué)院專用313231bdMKWMK1max3max1 . 04414dTCCEIMl強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：扭轉(zhuǎn)變形：扭轉(zhuǎn)變形：W-截面系數(shù)截面系數(shù)b 由表由表16-2選取。選取。E-材料彈性模量，材料彈性模量，I-簧絲截面慣性矩，簧絲截面慣性矩，n-彈簧有效圈數(shù)，彈簧有效圈數(shù)， D-彈簧中徑彈簧中徑 。radEITDnEIMDn180三、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的計(jì)算三、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的計(jì)算在扭矩在扭矩

26、T作用下，簧絲任意截面作用下，簧絲任意截面B-B內(nèi)的載荷為：內(nèi)的載荷為：彎矩：彎矩：M=Tcos 因?yàn)橐驗(yàn)楹苄?，則可認(rèn)為扭簧只承受彎矩：很小，則可認(rèn)為扭簧只承受彎矩：M T扭矩：扭矩：T=Tsin MMTTTBBMTD2剛度：剛度：DnEITk180東莞理工學(xué)院專用321）對(duì)于精度高的扭轉(zhuǎn)彈簧，圈與圈之間應(yīng)對(duì)于精度高的扭轉(zhuǎn)彈簧，圈與圈之間應(yīng)留有間隙留有間隙，以免載荷作用下，因摩擦而影響其特性曲線。以免載荷作用下，因摩擦而影響其特性曲線。2）扭轉(zhuǎn)彈簧的扭轉(zhuǎn)彈簧的旋向應(yīng)與外加力矩一致旋向應(yīng)與外加力矩一致。彈簧內(nèi)側(cè)的。彈簧內(nèi)側(cè)的最大工作應(yīng)力（壓）與卷繞產(chǎn)生的殘余應(yīng)力（拉）反最大工作應(yīng)力（壓）與卷繞產(chǎn)

27、生的殘余應(yīng)力（拉）反向（抵消），從而提高承載能力。向（抵消），從而提高承載能力。3）心軸和彈簧內(nèi)徑之間必須留有間隙。避免因心軸和彈簧內(nèi)徑之間必須留有間隙。避免因D2減減小而抱軸。小而抱軸。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：設(shè)計(jì)要點(diǎn)：已知條件：已知條件：最大工作載荷最大工作載荷Tmax和相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角和相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角maxmax，其其 他要求（如工作溫度、安裝空間的限制等）他要求（如工作溫度、安裝空間的限制等）設(shè)計(jì)確定：設(shè)計(jì)確定：彈簧絲直徑、彈簧中徑、工作圈數(shù)、彈簧彈簧絲直徑、彈簧中徑、工作圈數(shù)、彈簧 的螺旋升角和長度等。的螺旋升角和長度等。四、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì)步驟四、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì)步驟東莞理工學(xué)院專用33計(jì)

28、算步驟：計(jì)算步驟：1)1)選擇彈簧材料及許用應(yīng)力，以及扭簧的結(jié)構(gòu)形式；選擇彈簧材料及許用應(yīng)力，以及扭簧的結(jié)構(gòu)形式；3)3)根據(jù)安裝空間初設(shè)彈簧中徑根據(jù)安裝空間初設(shè)彈簧中徑D，由，由C值估取彈簧絲值估取彈簧絲 直徑直徑d，并查取彈簧絲的許用應(yīng)力；，并查取彈簧絲的許用應(yīng)力；4)4)試算簧絲直徑試算簧絲直徑d d：2) 選擇旋繞比選擇旋繞比C，通?？扇。ǔ？扇 5 8，并算出補(bǔ)償系，并算出補(bǔ)償系 數(shù)數(shù)K1值；值；3max11.06.1bTKd) 44/() 14(1CCK檢查尺寸是否合適。檢查尺寸是否合適。5)5) 根據(jù)變形條件求出彈簧工作圈數(shù)：根據(jù)變形條件求出彈簧工作圈數(shù)：TDEIn1806）

29、計(jì)算彈簧絲長度：計(jì)算彈簧絲長度：hLDnL東莞理工學(xué)院專用3416-5 其他彈簧簡介其他彈簧簡介 單擊圖片可播放動(dòng)畫 渦卷彈簧渦卷彈簧板簧板簧碟形彈簧碟形彈簧環(huán)形彈簧環(huán)形彈簧東莞理工學(xué)院專用351234OFy /t一、碟形彈簧一、碟形彈簧結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：用鋼板沖制而成，外形象碟子。用鋼板沖制而成，外形象碟子。往往將多個(gè)組合使用載荷、變形：載荷、變形：軸向力沿周邊均勻分布、軸向力沿周邊均勻分布、h變小而產(chǎn)生軸向變形。變小而產(chǎn)生軸向變形。特性曲線：特性曲線：呈非線性，變形取決于比值呈非線性，變形取決于比值h/t變化。變化。重要特性：重要特性：當(dāng)當(dāng)h/t1.5時(shí)，中間一段接近于水平。時(shí)，中間一段

30、接近于水平。利用這一特性可在一定變形范圍內(nèi)保持載荷的恒定。例如在精密儀器中，可利用碟形彈簧使軸承端面的摩擦力不受溫度變化的影響；在密封墊圈中利用這一特性使密封性能不受溫度的影響。F簧片變平點(diǎn)簧片變平點(diǎn)D1thDht=1.5ht=2.75ht=0.5東莞理工學(xué)院專用36F加載加載卸載卸載碟形彈簧組合形式碟形彈簧組合形式對(duì)合式組合彈簧對(duì)合式組合彈簧- 變形量增加，承載力不變。變形量增加，承載力不變。由于簧片之間存在摩擦損失，導(dǎo)致加載和卸載特性曲線不一樣。 吸振能力吸振能力復(fù)合式彈簧：復(fù)合式彈簧：疊合式組合彈簧疊合式組合彈簧-摩擦阻尼大，特別適用于緩沖和吸振摩擦阻尼大，特別適用于緩沖和吸振在變形量不

31、變時(shí)，承載力大大增加在變形量不變時(shí)，承載力大大增加 。摩擦消耗的能量摩擦消耗的能量-陰影面積陰影面積可同時(shí)增加變形量和可同時(shí)增加變形量和承載能力承載能力東莞理工學(xué)院專用37優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：變形量小、承載能力大、在受載方向空間尺寸小。變形量小、承載能力大、在受載方向空間尺寸小。用途：用途： 常用作重型機(jī)械、飛機(jī)等的強(qiáng)力緩沖彈簧，以及在常用作重型機(jī)械、飛機(jī)等的強(qiáng)力緩沖彈簧，以及在離合器、減壓閥、密封圈、自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)中獲得了廣離合器、減壓閥、密封圈、自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)中獲得了廣泛地應(yīng)用。泛地應(yīng)用。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 用作高精度控制彈簧時(shí)，對(duì)材料和制造工藝（加工用作高精度控制彈簧時(shí)，對(duì)材料和制造工藝（加工精度、熱處理）要求較嚴(yán)，制造困難。精度、熱處理）要求較嚴(yán)，制造困難。東莞理工學(xué)