第13章-弹性元件.ppt

参考文献参考文献l张策主编，张策主编，《《机械原理与机械设计机械原理与机械设计》》（下（下册），机械工业出版社，册），机械工业出版社，20042004l濮良贵主编，濮良贵主编，《《机械设计机械设计》》，高等教育出，高等教育出版社，版社，20062006l其他机械设计的相关书籍其他机械设计的相关书籍第一节 概述l主要功用主要功用Ø测力测力Ø产生振动产生振动Ø储存能量储存能量Ø缓冲和吸振缓冲和吸振Ø控制机械运动控制机械运动Ø改变机械的自振批率改变机械的自振批率Ø消除空回和配合间隙消除空回和配合间隙弹性－弹性元件弹性－弹性元件l常见类型（按结构特点分类）常见类型（按结构特点分类） a.a.片簧片簧 b.b.平面涡卷簧平面涡卷簧 c.c.螺旋弹簧螺旋弹簧 d.d.压力弹簧管压力弹簧管 e.e.波纹管波纹管 f.f.膜片膜片第一节 概述l分类（根据用途）分类（根据用途） 测量弹簧测量弹簧 力弹簧力弹簧 l分类（根据所承受的载荷）分类（根据所承受的载荷） 拉伸弹簧拉伸弹簧 压缩弹簧压缩弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 弯曲弹簧弯曲弹簧l分类（根据使用的弹性材料）分类（根据使用的弹性材料） 金属弹簧（圆柱螺旋弹簧）金属弹簧（圆柱螺旋弹簧） 非金属弹簧（橡胶弹簧、空气弹簧）非金属弹簧（橡胶弹簧、空气弹簧）第一节 概述l弹性元件的特点弹性元件的特点 结构简单、价格低廉、占据空间小、结构简单、价格低廉、占据空间小、安装和固定简单、工作可靠。

安装和固定简单、工作可靠第一节 概述l弹簧材料要求弹簧材料要求 较高的弹性极限和疲劳极限；足够的韧较高的弹性极限和疲劳极限；足够的韧性和良好的热处理性能性和良好的热处理性能l常用弹簧材料常用弹簧材料 －－金属金属 －非金属－非金属 材料材料 材料材料 碳素弹簧钢碳素弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢有色金属合金有色金属合金橡胶橡胶塑料塑料石英石英陶瓷陶瓷空气空气第一节 概述l螺旋弹簧的制造螺旋弹簧的制造 －卷制：冷卷、热卷－卷制：冷卷、热卷 －两端面加工（压缩弹簧）－两端面加工（压缩弹簧） 钩环制作（拉伸弹簧）钩环制作（拉伸弹簧） －热处理－热处理 －工艺性试验－工艺性试验第一节 概述l弹性元件的许用应力：弹性元件的许用应力： ⅠⅠ类、类、ⅡⅡ类、类、ⅢⅢ类弹簧类弹簧碳素弹簧钢碳素弹簧钢（（65、、70钢）钢）第一节 概述l弹性元件的基本特性弹性元件的基本特性 －－ ＝＝f (F ) ( p, t ) 特性曲线特性曲线：直线型、曲线型：直线型、曲线型 －刚度－刚度 线性系统线性系统 并联系统并联系统 串连系统串连系统 第二节 弹性元件的基本特性l影响弹性元件特性的因素影响弹性元件特性的因素 由特性解析式得（举例：圆柱螺旋弹簧）由特性解析式得（举例：圆柱螺旋弹簧）Ø几何尺寸参数的影响－调整方法予以消除几何尺寸参数的影响－调整方法予以消除Ø温度的影响－切变模量、弹性模量的温度特性温度的影响－切变模量、弹性模量的温度特性Ø弹性滞后弹性滞后和和弹性后效弹性后效的影响－较大安全系数、的影响－较大安全系数、合理的结构和元件的联接方法合理的结构和元件的联接方法( (降低应力集中降低应力集中) )、、特殊合金等特殊合金等第二节 弹性元件的基本特性第二节 弹性元件的基本特性第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计l功能功能 沿轴线方向的力或垂直于轴线平面内的力沿轴线方向的力或垂直于轴线平面内的力矩矩 弹簧两端的相对位移。

弹簧两端的相对位移l圆柱形螺旋弹簧的圆柱形螺旋弹簧的型式型式（（依载荷作用方式）依载荷作用方式） - -拉伸弹簧－拉伸弹簧－L L型型 - -压缩弹簧－压缩弹簧－Y Y型型 - -扭转弹簧－扭转弹簧－N N型型l圆柱螺旋弹簧的设计任务圆柱螺旋弹簧的设计任务 已知已知：弹簧的最大工作载荷、最大工作变：弹簧的最大工作载荷、最大工作变形以及结构和工作条件（如安装空间、载形以及结构和工作条件（如安装空间、载荷性质）荷性质） 求求：弹簧的几何尺寸和结构参数；设计中：弹簧的几何尺寸和结构参数；设计中既要保证有足够的强度，又要符合载荷变既要保证有足够的强度，又要符合载荷变形特性曲线的要求，不失稳，工作可靠；形特性曲线的要求，不失稳，工作可靠；优先选用标准弹簧优先选用标准弹簧第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计l圆柱螺旋压缩弹簧圆柱螺旋压缩弹簧Ø特性线特性线Ø强度计算强度计算Ø刚度计算刚度计算Ø稳定性计算稳定性计算Ø结构尺寸计算结构尺寸计算第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计l圆柱螺旋拉伸弹簧圆柱螺旋拉伸弹簧Ø种类种类•无初拉力无初拉力•有初拉力有初拉力F F0 0Ø弹簧圈数弹簧圈数Ø拉伸弹簧的端部结构拉伸弹簧的端部结构第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计l圆柱螺旋扭转弹簧圆柱螺旋扭转弹簧Ø受转矩受转矩T T作用后的扭作用后的扭转变形转变形Ø弹簧圈数弹簧圈数第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计例：例：设计一个有初应力圆柱螺旋拉伸弹簧。

数设计一个有初应力圆柱螺旋拉伸弹簧数据如下：当弹簧变形量为据如下：当弹簧变形量为6.5mm6.5mm时，拉力时，拉力F F1 1＝＝180N180N；变形量为；变形量为17mm17mm时，拉力时，拉力F Fmaxmax＝＝340N340N；；并限制其最大外径在并限制其最大外径在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经常工作一般用途且并不经常工作计算简图第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计第四节 游丝l种类：种类：测量游丝、测量游丝、 接触游丝接触游丝l要求要求 7 7条：弹性特性合适、滞后和后效小、温条：弹性特性合适、滞后和后效小、温度敏感性低、防磁和抗蚀性好、重心位置度敏感性低、防磁和抗蚀性好、重心位置准、圈间距离相等、电阻系数小准、圈间距离相等、电阻系数小 测量游丝要求较高测量游丝要求较高l材料：材料： 锡青铜（锡青铜（QSn4-3QSn4-3）、铍青铜（）、铍青铜（Qbe2Qbe2）、）、恒弹性合金（恒弹性合金（Ni42CrTiNi42CrTi）、不锈钢、黄铜、）、不锈钢、黄铜、铜锌镊合金铜锌镊合金l游丝的结构游丝的结构－游丝端部的固定方法－游丝端部的固定方法l游丝的特性游丝的特性 第四节 游丝l游丝的设计游丝的设计 －－标准游丝－国家标准（标准游丝－国家标准（GB12159-90GB12159-90）） －非标准游丝－－非标准游丝－设计与计算设计与计算 已知：已知：原始数据通常为最大（小）游丝原始数据通常为最大（小）游丝力矩力矩M M2 2（（M M1 1）和最大（小）游丝转角）和最大（小）游丝转角 2 2（（ 1 1），以及游丝的用途和安装空间。

以及游丝的用途和安装空间 求：求：游丝的宽度游丝的宽度b b、厚度、厚度h h、长度、长度L L（圈数（圈数n n）及其它结构参数及其它结构参数第四节 游丝第五节 片簧l片簧的分类片簧的分类Ø按其外形：直片簧－按其外形：直片簧－a a、弯片簧－、弯片簧－b b、、c cl直片簧的结构直片簧的结构第五节 片簧双螺钉固定双螺钉固定防转防转结构防转结构防转l直片簧的种类直片簧的种类Ø按截面形状：等截面、变截面按截面形状：等截面、变截面Ø按安装情况：有初应力片簧－按安装情况：有初应力片簧－a a 无初应力片簧－无初应力片簧－b b第五节 片簧第六节 热双金属弹簧l组成：组成：主动层、从动层主动层、从动层l应用：应用：温度测量元件、温度控制元件、温度测量元件、温度控制元件、温度补偿元件温度补偿元件• 材料：材料：主动层－黄铜、锰主动层－黄铜、锰镊合金、铁镊铬、镍钼合金镊合金、铁镊铬、镍钼合金 被动层－铁镍合金被动层－铁镍合金带双金属片的闭合触点装置带双金属片的闭合触点装置第七节 其它弹性元件简介l弹簧管弹簧管压力弹簧管压力弹簧管弹簧管截面形状弹簧管截面形状压力压力p位移位移sl波纹管波纹管第七节 其它弹性元件简介波纹管的应用波纹管的应用第七节 其它弹性元件简介密封元件密封元件导管挠性联接元件导管挠性联接元件介质分隔元件介质分隔元件l膜片、膜盒膜片、膜盒a)a)平膜片平膜片 b)b)波纹膜片波纹膜片膜盒膜盒第七节 其它弹性元件简介电容式压力传感器电容式压力传感器膜片膜片End弹性滞后现象弹性后效现象圆柱螺旋压缩弹簧Ø特性线－作用载荷与变形特性线－作用载荷与变形的关系的关系•等节距圆柱螺旋弹簧的特等节距圆柱螺旋弹簧的特性线是一条直线。

性线是一条直线•最小载荷最小载荷 F F1 1＝＝(0.1(0.1～～0.5)F0.5)Fmaxmax•最大载荷最大载荷F Fmaxmax由工作条件决由工作条件决定，一般定，一般F Fmaxmax 0.8F0.8F3 3圆柱螺旋压缩弹簧Ø强度计算强度计算 旋绕比旋绕比C C 弹簧丝直径－试算弹簧丝直径－试算圆柱螺旋压缩弹簧Ø刚度计算刚度计算•弹簧的有效圈数弹簧的有效圈数•弹簧刚度弹簧刚度 圆柱螺旋压缩弹簧Ø稳定性计算稳定性计算•弹簧的失稳弹簧的失稳 b b＝＝H H0 0/D/D2 2•稳定性与弹簧两端的稳定性与弹簧两端的支承情况有关支承情况有关 不失稳的条件不失稳的条件•若若b b不满足条件，进行不满足条件，进行稳定性计算稳定性计算 F Fmaxmax>F>FC C圆柱螺旋压缩弹簧不失稳的条件：不失稳的条件： 弹簧两端固定弹簧两端固定 b<5.3b<5.3 弹簧一端固定，另一端回转弹簧一端固定，另一端回转 b<3.7b<3.7 弹簧两端回转弹簧两端回转 b<2.6b<2.6圆柱螺旋压缩弹簧F Fmaxmax>F>FC C1 1、改变、改变b b值，使其小值，使其小于允许值；于允许值；2 2、结构保证稳定性：、结构保证稳定性： a a）导杆）导杆 b b）导套）导套圆柱螺旋压缩弹簧Ø结构尺寸的计算结构尺寸的计算•死圈死圈 0.750.75～～1.251.25圈圈•最大载荷下的间隙最大载荷下的间隙 0.1d0.1d•结构尺寸计算结构尺寸计算 表表13-313-3圆柱螺旋拉伸弹簧拉伸弹簧的端部结构形式 a)半圆钩环 b)圆钩环 c)可转钩环 d)可调钩环游丝的设计Ø按结构条件初定长度按结构条件初定长度L LØ按特性条件确定宽度按特性条件确定宽度b b和厚度和厚度h hØ按强度条件校验最大应力按强度条件校验最大应力Ø长度长度L L、圈数、圈数n n、圈间距离、圈间距离a aover。