广东海洋大学：《机械设计》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十六章 弹簧

④ 第十六章弹簧 §16-1弹簧概述 §16-2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力 §16-3圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算 §16-4圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 §16-5其它类型弹簧简介

第十六章 弹簧 §16-1 弹簧概述 §16-2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力 §16-3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算 §16-4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 §16-5 其它类型弹簧简介

弹簧概述 1.弹簧的功用 弹簧是一种弹性的元件，它具有刚度小、变形大、在载荷作用下易产 生较大弹性变形等特点，在各类机械中应用十分广泛。 弹簧的主要功用有：控制机构的运动、缓冲和减振、储存能量、测力 以及改变机器的自振频率等。 2.弹簧的分类 按弹簧承受的载荷分： 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 弯曲弹簧 按照弹簧的形状分： 螺旋弹簧 环形弹簧 碟形弹簧 板簧 盘簧 异型弹簧 螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用最广。在一 般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧

概述 弹簧概述 1．弹簧的功用 弹簧是一种弹性的元件，它具有刚度小、变形大、在载荷作用下易产 生较大弹性变形等特点，在各类机械中应用十分广泛。 2．弹簧的分类 按弹簧承受的载荷分： 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 弯曲弹簧 按照弹簧的形状分： 螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用最广。在一 般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。 弹簧的主要功用有：控制机构的运动、缓冲和减振、储存能量、测力 以及改变机器的自振频率等。 螺旋弹簧 环形弹簧 碟形弹簧 板簧 盘簧 异型弹簧

圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力 圆柱螺旋弹簧的结构形式 圆柱螺旋压缩弹簧 圆柱螺旋拉伸弹簧 二、圆柱螺旋弹簧的制造 螺旋弹簧的制造工艺包括： 卷制→挂钩的制作或端面圈的精加工→热处理→工艺试验及强压处理

圆柱螺旋弹簧的结构制造材料1 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力 一、圆柱螺旋弹簧的结构形式 圆柱螺旋压缩弹簧 圆柱螺旋拉伸弹簧 二、圆柱螺旋弹簧的制造 卷制→挂钩的制作或端面圈的精加工→热处理→工艺试验及强压处理。 螺旋弹簧的制造工艺包括：

圆柱螺旋弹簧的结构、制造、 材料及许用应力 三、弹簧的材料及许用应力 为了使弹簧能够可靠地工作，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极 限，同时应具有足够的韧性和塑性，以及良好的可热处理性。 1.常用弹簧钢 碳素弹簧钢（如65、70钢）：价格便宜、来源方便，但弹性极限低； 低锰弹簧钢（如65M):淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹； 硅锰弹簧钢（如60S2MA):弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好； 铬钒钢（如50CVA):耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。 2.材料选择 选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件（载荷性质、大小及循环特性、 工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素

圆柱螺旋弹簧的结构制造材料2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造、材料及许用应力 三、弹簧的材料及许用应力 为了使弹簧能够可靠地工作，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极 限，同时应具有足够的韧性和塑性，以及良好的可热处理性。 1．常用弹簧钢 2．材料选择 选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、 工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。 碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，但弹性极限低； 低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹； 硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好； 铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合

E 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算 一、几何参数计算 普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸：外径D2、中径D、内径D1、节 距p、螺旋升角a、弹簧丝直径d

圆柱螺旋拉压弹簧计算1 一、几何参数计算 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算 普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸：外径D 2、中径D、内径D1、节 距p、螺旋升角 、弹簧丝直径d

圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算 二、特性曲线 弹簧应具有经久不变的弹性。在设计弹簧时，应使其工作应力在弹性极 限范围内。表示弹簧载荷和变形的关系曲线称为特性曲线。弹簧的特性曲线 作为检验和试验时的依据之一，通常应绘制在弹簧的工作图中。 三、圆柱螺旋弹簧受载时的应力及变形 D/2 圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的 截面上主要受到横向剪力和扭矩。下面以压 缩弹簧承受轴向载荷的情况进行分析。 ■弹簧的受力分析 ■弹簧丝的应力分析 ■弹簧的变形与刚度分析

圆柱螺旋拉压弹簧计算2 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算 三、圆柱螺旋弹簧受载时的应力及变形 圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的 截面上主要受到横向剪力和扭矩。下面以压 缩弹簧承受轴向载荷的情况进行分析。 二、特性曲线 弹簧应具有经久不变的弹性。在设计弹簧时，应使其工作应力在弹性极 限范围内。表示弹簧载荷和变形的关系曲线称为特性曲线。弹簧的特性曲线 作为检验和试验时的依据之一，通常应绘制在弹簧的工作图中。 F D/2 F T=FD 2 d 弹簧的受力分析 弹簧丝的应力分析 弹簧的变形与刚度分析

圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算 四、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算 设计方法和步骤： 1)根据工作情况及具体条件选定材料； 2)选择旋绕比C,通常可取C≈5~8，并算出补偿系数K值； 3)根据安装空间初设弹簧中径D,由C值估取弹簧丝直径d,并查取弹簧丝 的许用应力； 4)试算弹簧丝直径d1 d≥1.6 5)根据变形条件求出弹簧工作圈数： Gd 对于有预应力的拉伸弹簧 8(F-F)C3 max Gd 对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 n= max 6)检查D2、D1、H是否符合安装要求等 7)验算：强度验算 振动验算 稳定性验算

四、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算 设计方法和步骤: 1) 根据工作情况及具体条件选定材料； 2) 选择旋绕比C，通常可取C≈5 ~8，并算出补偿系数K值； 3) 根据安装空间初设弹簧中径D，由C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝 的许用应力； 4) 试算弹簧丝直径d′ 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 对于有预应力的拉伸弹簧 对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 6) 检查D2、D1、H0是否符合安装要求等; 7) 验算：   F KC d ' max 1.6 3 max max 0 8( )  F F C Gd n − = 3 max max 8  F C Gd n = 圆柱螺旋拉压弹簧计算3 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算 强度验算 振动验算 稳定性验算

圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 扭转弹簧主要用于压紧、储能或传递扭矩。 一、 圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线 1.圆柱螺旋扭转弹簧的结构 2.圆柱螺旋扭转弹簧的特性曲线 I max min 0 max 0 im 二、圆柱螺旋扭转弹簧受载时的应力及变形 圆柱螺旋扭转弹簧工作时，弹簧丝主要承受弯曲应力作用

圆柱螺旋扭转弹簧计算1 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线 二、圆柱螺旋扭转弹簧受载时的应力及变形 扭转弹簧主要用于压紧、储能或传递扭矩。 1．圆柱螺旋扭转弹簧的结构 2．圆柱螺旋扭转弹簧的特性曲线 φmin φ max φ lim T φ TlimTmax T min 圆柱螺旋扭转弹簧工作时，弹簧丝主要承受弯曲应力作用

圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 三、圆柱螺旋扭转弹簧的设计 ·已知弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求，包括安装空间对弹簧尺 寸的限制等。 ■确定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。 ■设计方法和步骤： 1)根据工作情况及具体条件选定材料及许用应力； 2)选择旋绕比C,并算出补偿系数K值； 3)试算弹簧丝直径d KiTmax dzvo 检查各尺寸是否合适； El 4)根据变形条件求出弹簧工作圈数：n= 180TD 5)计算弹簧丝长度：L≈Dn+Lh

圆柱螺旋扭转弹簧计算2 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算 设计方法和步骤: 1) 根据工作情况及具体条件选定材料及许用应力； 2) 选择旋绕比C，并算出补偿系数K1值； 3)试算弹簧丝直径d′   b K T d 0.1 ' 1 max  4) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： TD EI n 180  = 5）计算弹簧丝长度： L Dn + Lh 检查各尺寸是否合适； 三、圆柱螺旋扭转弹簧的设计 已知弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求，包括安装空间对弹簧尺 寸的限制等。 确定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等

其它类型弹簧简介 碟形弹簧 环形弹簧 涡卷弹簧 板簧

其它弹簧 其它类型弹簧简介 碟形弹簧 环形弹簧 涡卷弹簧 板 簧