机械设计基础之弹簧详解24页PPT

返回
返回
2、环形弹簧和碟形弹簧 环形弹簧（图10-2a）和碟形弹簧（图10-2b）都是压缩弹簧，在 工作过程中，其一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上，因此具有很 强的缓冲吸振能力，多用于重型机械的缓冲装置。
3、平面涡卷弹簧
这种弹簧又称盘簧（10-2c），其轴向尺寸很小，常用做仪表和 钟表的储能装置。
返回
第二节 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的结构、 制造与设计 一、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的结构
1、圆柱螺旋压缩弹簧 如10-4所示，直径为d的弹簧丝，沿 中径D旋绕，旋向为右旋（一般应采 用右旋），螺旋升角α；在自由状态 下，高度为H0，节距为ｔ，各圈之 间有适当的间距δ，以便弹簧受压时 有足够的变形空间，即在最大载荷 作用下，各圈之间仍保留一定的间 距δ1，一般推荐δ1＝0.1d≥0.2mm。
返回
一、圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的结构
为了便于安装和加载，圆柱螺旋拉伸弹簧端部制有挂钩（图 10-6）。ＬⅠ、ＬⅢ型挂钩（图10-6a、b）制造方便，应用很广，但 加载时在挂钩根部的过渡圆角处会产生很大的弯曲应力，所以只适 用于簧丝直径ｄ≤10mm的弹簧。ＬⅦ、ＬⅧ型挂钩（图10-6c、d） 是另外装上去的活动挂钩，所以没有上述缺点，而且挂钩可以绕弹 簧轴线转到任意方向，便于安装。ＬⅦ型挂钩伸出的长度在一定范 围内还可调，故在受力较大的场合，最好采用ＬⅦ型挂钩，但其价 格较贵。对于ＬⅠ、ＬⅢ型拉伸弹簧，总圈数等于有效圈数，即ｎ １＝ｎ。
第一节 弹簧的功用、类型及材料
弹簧是机械设备中广泛应用的一种弹性元件。它是利用材 料的弹性和结构特点，通过变形提供弹性力和储存能量来进行 工作的。
一、弹簧的功用 二、弹簧的类型 三、弹簧的材料及许用应力
返回本章

即 fb
15
~
20
f w 或 f w
15
fb ~ 20
Hz
式中 :
fb
d 8.9 D22 n1
G cos 1 2
k p Hz ms
fw—一般预先给定，如不满足要求时，应增大 kp
或减小ms，重新设计之。
第三十四页，编辑于星期五：七点 五十八分。
i. 改变b值，提高Pc值，以保证弹簧的稳定性； ii.加装导杆或导套。
第二十九页，编辑于星期五：七点 五十八分。
8 弹簧的结构设计。按表16-4计算出全部尺寸。
9 绘制弹簧工作图。 四、承受变载荷的圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的
设计 对于承受变载荷的重要弹簧，除按Pmax， max进行
设计外，还应进行强度验算及振动验算。
Ⅱ类：受变载荷作用次数在103~ 105以上或受冲击 载 荷的弹簧。（调速器弹簧、车辆弹簧） Ⅲ类：受变载荷作用次数在103以下（静载荷）的弹 簧。（安全阀弹簧、离合器弹簧）
第九页，编辑于星期五：七点 五十八分。
16-3 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算
一、几何参数及特性曲线
1、压缩弹簧
死圈：弹簧端部只起支承作 用，不参与变形的圈。
b在1~5.3范围取
一般为右旋, 推荐=5~9
第十三页，编辑于星期五：七点 五十八分。
L—展开长度 L D2 n1 cos
ms
质量 ms
d 4
2
L
r
特性曲线：
为保证弹簧具有弹性，即不产
生永久变形，弹簧应在弹性极
限内工作。
特性曲线—表示载荷P与变形的
关系曲线.
即 k p
P
常数
第十四页，编辑于星期五：七点 五十八分。

5 镀锡(Sn)
除油→酸洗→镍底→镀锡
亮白色 便于焊锡，导电性一般。 3~5μm
黑锌
6
镀 锌
蓝锌
(Zn) 五彩锌
白锌
除油→酸洗→镀锌→发黑 除油→酸洗→镀锌→发蓝 除油→酸洗→镀锌→发五彩 除油→酸洗→镀锌→烘干
黑色 蓝色 五彩 白色
防锈(视产品要求) 防锈(视产品要求) 防锈(视产品要求) 防锈(视产品要求)
琴钢丝：60 # - 80 # / 60Mn – 70Mn / T8MnA / T9A
12
2.3弹簧材料的抗拉强度
不锈钢丝：304 / 316 / 631
抗拉强度σb/Mpa
抗拉强度σb/Mpa
钢丝直径 d/mm
0.080 0.090 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20
0.23 0.26 0.29 0.32 0.35 0.40
1961~2206
2059~2305 1912~2157 1569~1814
1961~2206 1814~2059
1471~1716
1863~2108 1765~2010
1373~1618
1765~2010 1667~1912
钢丝直径 d/mm
1.60 1.80 2.00
2.30 2.60
2.90 3.20 3.50 4.00
又用于食品设备，一般仪学设备， 耐热耐蚀。
300°~480°
中
JISG43 之间（视 米灰色亮 14 线径之大 白色
小）
碳 2钢
SWC
C(碳)、Si(硅)、 硬拉钢线，用于耐蚀性差，要 Mn(锰)、P(磷) 求精度不高，钢性较脆，成形后要
线 SWB 、S(硫) 表面处理或加防锈油。

ppt课件
31
书 写 样 式（二）
拉簧：线径×外（内)径× 长度×圈数 ×钩环圈数
例如：￠0.5 × ￠5.0 ×10.0 ×5N ×2N
ppt课件
32
书 写 样 式（三）
扭簧：线径×外（ ￠5.0 ×180°×10.0/10.0×8N
ppt课件
应用领域 钟表、眼镜 玩具、文具 工艺礼品 电子、电器 光电数码 汽车配件 机械配件 军工武器 航空、航海
要求
价格
一般
低廉
一般
低廉
一般
低廉
普通
中等
高
高
高
高
高
高
很高
昂贵
很高
昂贵
ppt课件
用量
备注
很大
很大 很大
高档的价钱也高
大
大
较大
较大 一般 一般
目前东莞没有生产 有国家专业生产工 厂
11
压 力弹 簧
示，单位：g或kg （13）弹簧钢度：是指单位变形量的工作负荷，用字母P或M表示，单
位：g或kg （14）自由角度：扭转弹簧 没有负荷时的角度，用 θ 表示，单位：° （15）工作角度：扭转弹簧承受负荷的角度，用θi表示，单位：°
ppt课件
30
书 写 样 式（一）
压簧：线径×外（内)径× 长度×圈数 例如：￠0.5 × ￠5.0 ×10.0 ×8N
母t表示，单位mm
ppt课件
28
弹簧常用的符号与单位 （二）
（6）绕旋比：弹簧中径与钢丝直径的比值，用字母C表示，C=D/d （范围5～10mm易生产），单位：mm
（7）自由高度（长度）：Free length是指在没有负荷时的高度（长 度），用字母Ho（Lo）表示，单位： mm

bKM W ma xKW Tma x[]b
扭转弹簧曲度系数 K´ K 4C1
4C 4
d 3 K Tmax
0.1[ ]b
最大扭转角
m axTmEaD xI 2n
扭转刚度
k
Tmax EI
max D2n
工作圈数
n EImax EI TmaD x 2 kD2
15
§16—5 其它类型弹簧简介
一、平面蜗卷形盘簧
比值称为阻尼系数。
6
d/4
§16—2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料
一、圆柱螺旋弹簧的结构
1、压缩弹簧
弹簧两端的端面圈与邻圈并紧，
p
不参与弹簧变形，只起支承的作
H0
用，俗称死圈。
1
d
(3/4)d
并紧不磨平端
并紧磨平端
D1 D2 D
7
2、拉伸弹簧
如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此时
弹簧各圈应互相并拢。拉伸弹簧分无初拉力和有初拉力
You Know, The More Powerful You Will Be
17
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
1、弹簧受力 当压缩弹簧承受
轴向载荷F的作用时，
钢丝剖面A-A上作
F
D2 2
用着横向力F和扭矩 T''
T，A-A剖面呈椭圆
形，现取垂直于钢
丝轴线的剖面B-B。

30
联轴器
普通圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的结构尺寸计算公式见表16-4
31
联轴器
32
联轴器
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。
圆柱压缩螺旋弹簧的特性曲线
4) 试算弹簧丝直径d′
8CF
由 K d2 [ ] 可得
d' 1.6
FmaxKC
42
联轴器
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
由
max
8(Fmax F0)C3n Gd
可见，最大剪应力产生在弹簧丝截面内侧的m点。
40
联轴器
KF
d2
/
(12C) 4
为了使弹簧本身较为稳定，不致颤动和过软，Ｃ值不能太 大；但为避免卷绕时弹簧丝受到强烈弯曲，Ｃ值又不应太小。
因为2C>>1，故可以忽略τF的影响。则弹簧丝内侧 的最大剪应力及强度条件可表示为
8CF
K d2 [ ]
41
为了使弹簧在压缩后保持 一定的弹性，设计时还应考虑 在最大载荷作用下，各圈之间 仍需保持一定的间距δ1。δ1 的大小一般推荐为： δ1=0.1d≥0.2mm。
17
联轴器
18
联轴器
19
联轴器
20
联轴器
2、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
kF
F
Gd 4 8D3n
Gd 8C 3n

6
4/4/2024
7
在装配图中，被弹簧挡住的结构一般不画出。
8
在装配图中，簧丝直径在图形上等于或小于 2mm时弹簧的画法。
9
t
3.螺旋压缩弹簧画图步骤 ① 根据D2、H0画矩形。 ② 画出支撑圈部分的圆
和半圆。 直径=簧丝直径。 ③ 画出有效圈部分的圆。 ④ 按右旋方向作相应圆 的公切线。 ⑤ 加深并画剖面线。
弹簧的画法
1
复习与回顾
• 轴承的画法（以深沟球轴承为例）
• 注意事项： • 各部分尺寸与相互之间位置关系的确定
2
一、弹簧的分类
概念：弹簧是一种起减震、复位、夹紧、缓冲、测 力和储能等功用的零件。
弹簧分类
常用螺旋弹簧
涡旋弹簧 蝶形弹簧 板弹簧
压缩弹簧 拉力弹簧 扭力弹簧
3
二、圆柱螺旋压缩弹簧的技术参数 ⒈ 压缩弹簧各部分名称及机和参数
旋向： 螺旋弹簧分左旋和右旋
5
⒉ 弹簧的规定画法
在平行于轴线的投影面上，可画成视图,也可画 成剖视图,弹簧各圈的轮廓线画成直线。
左旋弹簧允许画成右旋， 但要加注“左”字。
四圈以上的弹簧，中间各圈 可省略不画，而用通过中径 线的点画线连接起来。
弹簧两端的支撑圈，不论多 少，都按图中形式画出。
10
t
t
复习小结
• 1、本节课主要给大家讲解了弹簧的画 法。
• 2、在绘图过程中，请大家注意绘图的 先后顺序。
• 3、注意绘图中，弹簧的简化画法。 • 4、熟记弹簧的各部分参数。
11
课后作业
• 1、习题册上弹簧绘制部分所有习题。 • 2、预习下一章节，识读零件图相关内
容。
12
4/4/2024

机械设计基础之弹簧详解.
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

8FD2 πd 3
D2 /2
F F
剪切应力
F
4F πd 2
合成应力
T
F
8FD2 πd 3
4F πd 2
8FD2 πd 3
1
d 2 D2
令
C D2
d
8FC πd 2第17页/共4页1 0.5 C
C 旋绕比，或弹簧指数。 ——
D(min) 0.2~0.4 0.45~1 1.1~2.2 2.5~6
2250 2250 2200 2150 2050 19潘5存0云教1授8研50制 1800 1650 1650 1550 1500 1400 1400 1350 1250 1750 1750 1700 2170 1650 1550 1450 1400 1300 1300 1200 1150 1150 1100 1350 1250
2. 弹簧的许用应力
弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性 质、弹簧的工作条件和重要程度，以及簧丝的尺寸等
弹簧按载荷分为三类：
I类弹簧： 受变载荷作用次数>106，或很重要的弹簧。
II类弹簧：受变载荷作用次数在103 ~ 105 ，或受冲击 载荷的弹 簧，或受静载荷的重要弹簧。
III类弹簧：受变载荷作用次数在<103 ，或受静载荷 的弹簧。
C=D2/d 7~14
5~12 5~10 4~9
7~16 18~42 4~8 4~6
表 16-５ 常 用 旋 绕 比 C
∑=
8FC
d 2
1+
0.5 C
≈88FdFC2dC2
由于0.5/C远小于1，故由F
引起的剪切应力可忽略。
若考虑螺旋升角和簧丝曲 率对应力集中的影响，实际应 力分布与理论分析有差别。

d
D2 2
d
8FD22ds
G d 4
钢：G=8×104 Mpa,
t
d
0
8FD22
Gd 4
t
ds
0
青铜F：G=4×104 Mpa
F
λ
T
dφ
8FD23n 8FC3n
.
T
Gd 4
Gd
O
.
n为有效圈数
dλ
k
F
Gd4 8D23n
8
Gd C3n
O’
C↓ → k↑
D2
C值过小→ 制造困难，内侧应力↑；
簧片变平点
2
3
4 y /t
碟形弹簧组合形式 对合式组合弹簧---- 变形量增加，承载力不变。
摩擦消耗的能量-----阴影面积 ↑ → 吸振能力↑
F
加载
.
. 卸载
λ
叠合式组合弹簧---- 在变形量不变时，承载力大大增加 。 摩擦阻尼大，特别适用于缓冲和吸振 复合式弹簧：
可同时增加变形量和
.
.
承载能力
两端并紧不磨平结构：
H0=nδ+(n1+1)d
Hs Hs
.
对于两端并紧磨平结构
H0=nδ+(n1-0.5)d
弹簧的并紧高度： Hs
=第12页((nn/共112-+40页1.5)d)d
F2
.
δ
α
D2
.
< 5.3 两端固定的弹簧 高径比：b= H0 / D2 < 3.7 一端固定，另一端铰支的弹簧 当b大于许用值时，弹簧工作时会弯曲而失稳。 措施：内部加装导向杆、或外部加导向套。
转钩、可调转钩。