第十一章弹簧设计一、概述1.弹簧的基本类型圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋压缩弹簧截锥螺旋压缩弹簧环形弹簧碟形弹簧圆柱螺旋扭转弹簧涡卷形弹簧板弹簧2.弹簧的功用吸振、缓冲完成预定的运动储存或释放能量测量力的装置3.弹簧的材料弹簧经常受到交变和冲击载荷(1)要求经久不变的弹力高的静强度和疲劳强度耐冲击良好的塑性变形热处理性能好(2)常用材料碳素弹簧钢：适于做小的或要求不高的弹簧合金弹簧钢；热处理性能好、用于受载较大的弹簧不锈钢：耐腐蚀按载荷性质弹簧分成三类I类：II类：III类：非金属材料(橡胶弹簧等)二、圆柱螺旋拉、压弹簧的设计1.弹簧的结构(1)压缩弹簧两端面圈并紧磨平支承端面与轴线垂直LI、LII型：两端面圈并紧不磨平(2)拉伸弹簧LVII型：YI型：YIII型：挂钩可转任意方向、用于受力较大场合2.弹簧的几何尺寸衡量弹簧曲率重要参数弹簧软、易变形容易绕制产生颤动、不稳定或按表选3.弹簧的特性曲线(1)压缩弹簧弹簧所受载荷与变形的关系曲线未受载产生的应力达到材料剪切弹性极限工作行程弹簧刚度(2)拉伸弹簧未受载工作行程弹簧刚度无初应力的弹簧有初应力的弹簧绕制时各圈间有一定的压紧力，簧丝中产生一定的预紧力F0，当工作载荷大于F0时，弹簧才能伸长为产生假想变形量x的初拉力F0弹簧刚度上部：下部：受载后，下部先压紧，上部再压缩4.弹簧的设计准则满足强度条件满足刚度条件满足稳定性条件满足强度条件满足刚度条件强度条件刚度条件簧丝直径d弹簧圈数n稳定性验算(1)强度条件叠加后剪切应力最大值考虑弹簧曲率及螺旋升角的影响最大剪切应力簧丝受扭是曲杆受扭内侧单位长度扭转变形大曲度系数校核式：设计式；(2)刚度条件外载F所做功＝弹簧储存变形能由材料力学知弹簧变形量：弹簧刚度：计算工作圈数：(3)稳定性条件(对压缩弹簧)两端固定b<5.3一端固定一端自由b<3.7两端自由b<2.6未满足上述要求，则需要进行稳定性验算临界载荷不稳定系数5.弹簧的设计步骤(1)设计要求已知：尺寸限制和工况设计：其他尺寸绘制工作图具体做法(2)实例1)初选C初选弹簧指数C75.262)计算n剪切模量G79000790003)实际变形量4)其他几何尺寸5)稳定性验算三、其它弹簧简介1.圆柱螺旋扭转弹簧设计方法与圆柱螺旋拉、压弹簧相似强度条件变形条件簧丝直径d弹簧圈数n2.碟形弹簧刚度很大的压缩弹簧受轴向载荷锥角减小产生轴向变形U为弹簧所吸收的变形能卸载过程与加载过程重合吸收的能量全部释放加载近似为直线OA卸载为曲线OBA3.环形弹簧受轴向载荷内环直径减小外环直径增大弹簧压缩刚度相当大的压缩弹簧卸载开始的AB段为直线，弹性内力需要先克服摩擦力，故不能立即恢复变形卸载为AB段和BO段4.板弹簧(1)矩形弹簧最大弯曲应力最大变形(2)梯形弹簧每个剖面的弯曲应力相等(3)重叠板弹簧将梯形板切成等宽块重叠起来形成板弹簧
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