第十三章彈性元件

1、第十三章第十三章 彈性元件彈性元件參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)l張策主編，張策主編，機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)（下（下冊(cè)），機(jī)械工業(yè)出版社，冊(cè)），機(jī)械工業(yè)出版社，20042004l濮良貴主編，濮良貴主編，機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)，高等教育出，高等教育出版社，版社，20062006l其他機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)書(shū)籍其他機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)書(shū)籍第一節(jié) 概述l主要功用主要功用測(cè)力測(cè)力產(chǎn)生振動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存能量緩沖和吸振緩沖和吸振控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)改變機(jī)械的自振批率改變機(jī)械的自振批率消除空回和配合間隙消除空回和配合間隙彈性彈性元件彈性彈性元件l常見(jiàn)類(lèi)型（按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)）常見(jiàn)類(lèi)型（按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)） a.a.片簧片簧

2、b.b.平面渦卷簧平面渦卷簧 c.c.螺旋彈簧螺旋彈簧 d.d.壓力彈簧管壓力彈簧管 e.e.波紋管波紋管 f.f.膜片膜片第一節(jié) 概述l分類(lèi)（根據(jù)用途）分類(lèi)（根據(jù)用途） 測(cè)量彈簧測(cè)量彈簧 力彈簧力彈簧 l分類(lèi)（根據(jù)所承受的載荷）分類(lèi)（根據(jù)所承受的載荷） 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 彎曲彈彎曲彈簧簧l分類(lèi)（根據(jù)使用的彈性材料）分類(lèi)（根據(jù)使用的彈性材料） 金屬?gòu)椈桑▓A柱螺旋彈簧）金屬?gòu)椈桑▓A柱螺旋彈簧） 非金屬?gòu)椈桑ㄏ鹉z彈簧、空氣彈簧）非金屬?gòu)椈桑ㄏ鹉z彈簧、空氣彈簧）第一節(jié) 概述l彈性元件的特點(diǎn)彈性元件的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、占據(jù)空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、占據(jù)空間

3、小、安裝和固定簡(jiǎn)單、工作可靠。安裝和固定簡(jiǎn)單、工作可靠。第一節(jié) 概述l彈簧材料要求彈簧材料要求 較高的彈性極限和疲勞極限；足夠的韌較高的彈性極限和疲勞極限；足夠的韌性和良好的熱處理性能。性和良好的熱處理性能。l常用彈簧材料常用彈簧材料 金屬金屬 非金屬非金屬 材料材料 材料材料 碳素彈簧鋼碳素彈簧鋼合金彈簧鋼合金彈簧鋼有色金屬合金有色金屬合金橡膠橡膠塑料塑料石英石英陶瓷陶瓷空氣空氣第一節(jié) 概述l螺旋彈簧的制造螺旋彈簧的制造 卷制：冷卷、熱卷卷制：冷卷、熱卷 兩端面加工（壓縮彈簧）兩端面加工（壓縮彈簧） 鉤環(huán)制作（拉伸彈簧）鉤環(huán)制作（拉伸彈簧） 熱處理熱處理 工藝性試驗(yàn)工藝性試驗(yàn)第一節(jié) 概述l彈

4、性元件的許用應(yīng)力：彈性元件的許用應(yīng)力： 類(lèi)、類(lèi)、類(lèi)、類(lèi)、類(lèi)彈簧類(lèi)彈簧碳素彈簧鋼碳素彈簧鋼（65、70鋼）鋼）第一節(jié) 概述l彈性元件的基本特性彈性元件的基本特性 f (F ) ( p, t ) 特性曲線(xiàn)：直線(xiàn)型、曲線(xiàn)型特性曲線(xiàn)：直線(xiàn)型、曲線(xiàn)型 剛度剛度 線(xiàn)性系統(tǒng)線(xiàn)性系統(tǒng) 并聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng) 串連系統(tǒng)串連系統(tǒng) 0lim(/)/FFdF d1niiFF111niiFF/FFconst第二節(jié) 彈性元件的基本特性l影響彈性元件特性的因素影響彈性元件特性的因素 由特性解析式得（舉例：圓柱螺旋彈簧）由特性解析式得（舉例：圓柱螺旋彈簧）幾何尺寸參數(shù)的影響調(diào)整方法予以消除幾何尺寸參數(shù)的影響調(diào)整方法予以消除溫度的影

5、響切變模量、彈性模量的溫度特性溫度的影響切變模量、彈性模量的溫度特性彈性滯后和彈性后效的影響較大安全系數(shù)、彈性滯后和彈性后效的影響較大安全系數(shù)、合理的結(jié)構(gòu)和元件的聯(lián)接方法合理的結(jié)構(gòu)和元件的聯(lián)接方法( (降低應(yīng)力集中降低應(yīng)力集中) )、特殊合金等特殊合金等32248(, , ,)D nFf D d n GGd第二節(jié) 彈性元件的基本特性第二節(jié) 彈性元件的基本特性第三節(jié) 螺旋彈簧的基本參數(shù)和設(shè)計(jì)l功能功能 沿軸線(xiàn)方向的力或垂直于軸線(xiàn)平面內(nèi)的力沿軸線(xiàn)方向的力或垂直于軸線(xiàn)平面內(nèi)的力矩矩 彈簧兩端的相對(duì)位移。彈簧兩端的相對(duì)位移。l圓柱形螺旋彈簧的型式（圓柱形螺旋彈簧的型式（依載荷作用方式）依載荷作用方式）

6、 - -拉伸彈簧拉伸彈簧L L型型 - -壓縮彈簧壓縮彈簧Y Y型型 - -扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧N N型型l圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)任務(wù)圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)任務(wù) 已知已知：彈簧的最大工作載荷、最大工作變：彈簧的最大工作載荷、最大工作變形以及結(jié)構(gòu)和工作條件（如安裝空間、載形以及結(jié)構(gòu)和工作條件（如安裝空間、載荷性質(zhì)）荷性質(zhì)） 求求：彈簧的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)；設(shè)計(jì)中：彈簧的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)；設(shè)計(jì)中既要保證有足夠的強(qiáng)度，又要符合載荷變既要保證有足夠的強(qiáng)度，又要符合載荷變形特性曲線(xiàn)的要求，不失穩(wěn)，工作可靠；形特性曲線(xiàn)的要求，不失穩(wěn)，工作可靠；優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)彈簧。優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)彈簧。第三節(jié) 螺旋彈簧的基本參數(shù)和設(shè)計(jì)l圓

7、柱螺旋壓縮彈簧圓柱螺旋壓縮彈簧特性線(xiàn)特性線(xiàn)強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算剛度計(jì)算剛度計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算第三節(jié) 螺旋彈簧的基本參數(shù)和設(shè)計(jì)l圓柱螺旋拉伸彈簧圓柱螺旋拉伸彈簧種類(lèi)種類(lèi)無(wú)初拉力無(wú)初拉力有初拉力有初拉力F F0 0彈簧圈數(shù)彈簧圈數(shù)拉伸彈簧的端部結(jié)構(gòu)拉伸彈簧的端部結(jié)構(gòu)3028dFD43028()G dnFF D第三節(jié) 螺旋彈簧的基本參數(shù)和設(shè)計(jì)l圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧受轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)矩T T作用后的扭作用后的扭轉(zhuǎn)變形轉(zhuǎn)變形彈簧圈數(shù)彈簧圈數(shù)2180obEInM D22()180( )bbobM lMD nradEIEIM DEIn第三節(jié) 螺旋彈簧的基本參數(shù)和設(shè)計(jì)例：例：設(shè)計(jì)

8、一個(gè)有初應(yīng)力圓柱螺旋拉伸彈簧。數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)有初應(yīng)力圓柱螺旋拉伸彈簧。數(shù)據(jù)如下：當(dāng)彈簧變形量為據(jù)如下：當(dāng)彈簧變形量為6.5mm6.5mm時(shí)，拉力時(shí)，拉力F F1 1180N180N；變形量為；變形量為17mm17mm時(shí)，拉力時(shí)，拉力F Fmaxmax340N340N；并限制其最大外徑在并限制其最大外徑在16mm16mm以下，自由高度在以下，自由高度在100mm100mm以下。一般用途且并不經(jīng)常工作。以下。一般用途且并不經(jīng)常工作。計(jì)算簡(jiǎn)圖第三節(jié) 螺旋彈簧的基本參數(shù)和設(shè)計(jì)第四節(jié) 游絲l種類(lèi)：種類(lèi)：測(cè)量游絲、測(cè)量游絲、 接觸游絲接觸游絲l要求要求 7 7條：彈性特性合適、滯后和后效小、溫條：彈性特性合適

9、、滯后和后效小、溫度敏感性低、防磁和抗蝕性好、重心位置度敏感性低、防磁和抗蝕性好、重心位置準(zhǔn)、圈間距離相等、電阻系數(shù)小準(zhǔn)、圈間距離相等、電阻系數(shù)小 測(cè)量游絲要求較高測(cè)量游絲要求較高l材料：材料： 錫青銅（錫青銅（QSn4-3QSn4-3）、鈹青銅（）、鈹青銅（Qbe2Qbe2）、）、恒彈性合金（恒彈性合金（Ni42CrTiNi42CrTi）、不銹鋼、黃銅、）、不銹鋼、黃銅、銅鋅鑷合金銅鋅鑷合金l游絲的結(jié)構(gòu)游絲的結(jié)構(gòu)游絲端部的固定方法游絲端部的固定方法l游絲的特性游絲的特性 312aEIEbhMLL第四節(jié) 游絲l游絲的設(shè)計(jì)游絲的設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)游絲國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)游絲國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB12159-90GB1

10、2159-90） 非標(biāo)準(zhǔn)游絲設(shè)計(jì)與計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)游絲設(shè)計(jì)與計(jì)算 已知：已知：原始數(shù)據(jù)通常為最大（?。┯谓z原始數(shù)據(jù)通常為最大（?。┯谓z力矩力矩M M2 2（M M1 1）和最大（?。┯谓z轉(zhuǎn)角）和最大（?。┯谓z轉(zhuǎn)角 2 2（ 1 1），以及游絲的用途和安裝空間。），以及游絲的用途和安裝空間。 求：求：游絲的寬度游絲的寬度b b、厚度、厚度h h、長(zhǎng)度、長(zhǎng)度L L（圈數(shù)（圈數(shù)n n）及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)。）及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)。第四節(jié) 游絲第五節(jié) 片簧l片簧的分類(lèi)片簧的分類(lèi)按其外形：直片簧按其外形：直片簧a a、彎片簧、彎片簧b b、c cl直片簧的結(jié)構(gòu)直片簧的結(jié)構(gòu)第五節(jié) 片簧雙螺釘固定雙螺釘固定防轉(zhuǎn)防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)防轉(zhuǎn)結(jié)

11、構(gòu)防轉(zhuǎn)l直片簧的種類(lèi)直片簧的種類(lèi)按截面形狀：等截面、變截面按截面形狀：等截面、變截面按安裝情況：有初應(yīng)力片簧按安裝情況：有初應(yīng)力片簧a a 無(wú)初應(yīng)力片簧無(wú)初應(yīng)力片簧b b第五節(jié) 片簧第六節(jié) 熱雙金屬?gòu)椈蒷組成：組成：主動(dòng)層、從動(dòng)層主動(dòng)層、從動(dòng)層l應(yīng)用：應(yīng)用：溫度測(cè)量元件、溫度控制元件、溫度測(cè)量元件、溫度控制元件、溫度補(bǔ)償元件溫度補(bǔ)償元件 材料：材料：主動(dòng)層黃銅、錳主動(dòng)層黃銅、錳鑷合金、鐵鑷鉻、鎳鉬合金鑷合金、鐵鑷鉻、鎳鉬合金 被動(dòng)層鐵鎳合金被動(dòng)層鐵鎳合金帶雙金屬片的閉合觸點(diǎn)裝置帶雙金屬片的閉合觸點(diǎn)裝置第七節(jié) 其它彈性元件簡(jiǎn)介l彈簧管彈簧管壓力彈簧管壓力彈簧管彈簧管截面形狀彈簧管截面形狀壓力壓力

12、p位移位移sl波紋管波紋管第七節(jié) 其它彈性元件簡(jiǎn)介波紋管的應(yīng)用波紋管的應(yīng)用第七節(jié) 其它彈性元件簡(jiǎn)介密封元件密封元件導(dǎo)管撓性聯(lián)接元件導(dǎo)管撓性聯(lián)接元件介質(zhì)分隔元件介質(zhì)分隔元件l膜片、膜盒膜片、膜盒a)a)平膜片平膜片 b)b)波紋膜片波紋膜片膜盒膜盒第七節(jié) 其它彈性元件簡(jiǎn)介電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器膜片膜片End彈性滯后現(xiàn)象彈性后效現(xiàn)象圓柱螺旋壓縮彈簧特性線(xiàn)作用載荷與變形特性線(xiàn)作用載荷與變形的關(guān)系的關(guān)系等節(jié)距圓柱螺旋彈簧的特等節(jié)距圓柱螺旋彈簧的特性線(xiàn)是一條直線(xiàn)。性線(xiàn)是一條直線(xiàn)。最小載荷最小載荷 F F1 1(0.1(0.10.5)F0.5)Fmaxmax最大載荷最大載荷F Fmaxmax由工

13、作條件由工作條件決定，一般決定，一般F Fmaxmax 0.8F0.8F3 3。圓柱螺旋壓縮彈簧強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 旋繞比旋繞比C C 彈簧絲直徑試算彈簧絲直徑試算22cos/2csin/sios2nbNQTFDFMFFFDFmax11.6/TdFK C圓柱螺旋壓縮彈簧剛度計(jì)算剛度計(jì)算彈簧的有效圈數(shù)彈簧的有效圈數(shù)彈簧剛度彈簧剛度 38GdnFC433288GdGdFD nC n圓柱螺旋壓縮彈簧穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算彈簧的失穩(wěn)彈簧的失穩(wěn) b bH H0 0/D/D2 2穩(wěn)定性與彈簧兩端的穩(wěn)定性與彈簧兩端的支承情況有關(guān)支承情況有關(guān) 不失穩(wěn)的條件不失穩(wěn)的條件若若b b不滿(mǎn)足條件，進(jìn)不滿(mǎn)足條件，進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算行穩(wěn)定性計(jì)算 F FmaxmaxFFC Cmax0CBFFC F H圓柱螺旋壓縮彈簧不失穩(wěn)的條件：不失穩(wěn)的條件： 彈簧兩端固定彈簧兩端固定 b5.3b5.3 彈簧一端固定，另一端回轉(zhuǎn)彈簧一端固定，另一端回轉(zhuǎn) b3.7b3.7 彈簧兩端回轉(zhuǎn)彈簧兩端回轉(zhuǎn) b2.6bFFC C1 1、改變、改變b b值，使其小值，使其小于允許值；于允許值；2 2、結(jié)構(gòu)保證穩(wěn)定性：、結(jié)構(gòu)保證穩(wěn)定性： a a）導(dǎo)桿）導(dǎo)桿 b b）導(dǎo)套）導(dǎo)套圓柱螺旋壓縮彈簧結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算死圈死圈 0.750.751.251.25圈圈最大載荷下的間隙最大載荷下的間隙 0.1d0.1d結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸