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1、第十三章 弹性元件,参考文献,张策主编，机械原理与机械设计（下册），机械工业出版社，2004 濮良贵主编，机械设计，高等教育出版社，2006 其他机械设计的相关书籍,第一节 概述,主要功用 测力 产生振动 储存能量 缓冲和吸振,控制机械运动 改变机械的自振批率 消除空回和配合间隙,弹性弹性元件,常见类型（按结构特点分类） a.片簧 b.平面涡卷簧 c.螺旋弹簧 d.压力弹簧管 e.波纹管 f.膜片,第一节 概述,分类（根据用途） 测量弹簧 力弹簧 分类（根据所承受的载荷） 拉伸弹簧 压缩弹簧 扭转弹簧 弯曲弹簧 分类（根据使用的弹性材料） 金属弹簧（圆柱螺旋弹簧） 非金属弹簧（橡胶弹簧、空气弹
2、簧）,第一节 概述,弹性元件的特点 结构简单、价格低廉、占据空间小、安装和固定简单、工作可靠。,第一节 概述,弹簧材料要求 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。 常用弹簧材料 金属 非金属 材料 材料,碳素弹簧钢 合金弹簧钢 有色金属合金,橡胶 塑料 石英 陶瓷 空气,第一节 概述,螺旋弹簧的制造 卷制：冷卷、热卷 两端面加工（压缩弹簧） 钩环制作（拉伸弹簧） 热处理 工艺性试验,第一节 概述,弹性元件的许用应力： 类、类、类弹簧,碳素弹簧钢（65、70钢）,第一节 概述,弹性元件的基本特性 f (F ) ( p, t ) 特性曲线：直线型、曲线型 刚度 线性系统 并联系统
3、 串连系统,第二节 弹性元件的基本特性,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） 几何尺寸参数的影响调整方法予以消除 温度的影响切变模量、弹性模量的温度特性 弹性滞后和弹性后效的影响较大安全系数、合理的结构和元件的联接方法(降低应力集中)、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,功能 沿轴线方向的力或垂直于轴线平面内的力矩 弹簧两端的相对位移。 圆柱形螺旋弹簧的型式（依载荷作用方式） -拉伸弹簧L型 -压缩弹簧Y型 -扭转弹簧N型,圆柱螺旋弹簧的设计任务 已知：弹簧的最大工作载荷、最大工作变形以及结构和工作条件（
4、如安装空间、载荷性质） 求：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，又要符合载荷变形特性曲线的要求，不失稳，工作可靠；优先选用标准弹簧。,第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计,圆柱螺旋压缩弹簧 特性线 强度计算 刚度计算 稳定性计算 结构尺寸计算,第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计,圆柱螺旋拉伸弹簧 种类 无初拉力 有初拉力F0 弹簧圈数 拉伸弹簧的端部结构,第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计,圆柱螺旋扭转弹簧 受转矩T作用后的扭转变形 弹簧圈数,第三节 螺旋弹簧的基本参数和设计,例：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6.5mm时，拉力F1180N；变形量为17m
5、m时，拉力Fmax340N；并限制其最大外径在16mm以下，自由高度在100mm以下。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,种类：测量游丝、 接触游丝 要求 7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、重心位置准、圈间距离相等、电阻系数小 测量游丝要求较高 材料： 锡青铜（QSn4-3）、铍青铜（Qbe2）、恒弹性合金（Ni42CrTi）、不锈钢、黄铜、铜锌镊合金,游丝的结构游丝端部的固定方法 游丝的特性,第四节 游丝,游丝的设计 标准游丝国家标准（GB12159-90） 非标准游丝设计与计算 已知：原始数据通常为最大（小）游丝
6、力矩M2（M1）和最大（小）游丝转角2（1），以及游丝的用途和安装空间。 求：游丝的宽度b、厚度h、长度L（圈数n）及其它结构参数。,第四节 游丝,第五节 片簧,片簧的分类 按其外形：直片簧a、弯片簧b、c,直片簧的结构,第五节 片簧,直片簧的种类 按截面形状：等截面、变截面 按安装情况：有初应力片簧a 无初应力片簧b,第五节 片簧,第六节 热双金属弹簧,组成：主动层、从动层 应用：温度测量元件、温度控制元件、温度补偿元件,材料：主动层黄铜、锰镊合金、铁镊铬、镍钼合金 被动层铁镍合金,带双金属片的闭合触点装置,第七节 其它弹性元件简介,弹簧管,压力弹簧管,弹簧管截面形状,压力p,位移s,波纹管
7、,第七节 其它弹性元件简介,波纹管的应用,第七节 其它弹性元件简介,密封元件,导管挠性联接元件,介质分隔元件,膜片、膜盒,a)平膜片 b)波纹膜片,膜盒,第七节 其它弹性元件简介,电容式压力传感器,膜片,End,弹性滞后现象,弹性后效现象,圆柱螺旋压缩弹簧,特性线作用载荷与变形的关系 等节距圆柱螺旋弹簧的特性线是一条直线。 最小载荷 F1(0.10.5)Fmax 最大载荷Fmax由工作条件决定，一般Fmax0.8F3。,圆柱螺旋压缩弹簧,强度计算 旋绕比C 弹簧丝直径试算,圆柱螺旋压缩弹簧,刚度计算 弹簧的有效圈数 弹簧刚度,圆柱螺旋压缩弹簧,稳定性计算 弹簧的失稳 bH0/D2 稳定性与弹簧
8、两端的支承情况有关 不失稳的条件 若b不满足条件，进行稳定性计算 FmaxFC,圆柱螺旋压缩弹簧,不失稳的条件： 弹簧两端固定 b5.3 弹簧一端固定，另一端回转 b3.7 弹簧两端回转 b2.6,圆柱螺旋压缩弹簧,FmaxFC 1、改变b值，使其小于允许值； 2、结构保证稳定性： a）导杆 b）导套,圆柱螺旋压缩弹簧,结构尺寸的计算 死圈 0.751.25圈 最大载荷下的间隙 0.1d 结构尺寸计算 表13-3,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,按结构条件初定长度L 按特性条件确定宽度b和厚度h 按强度条件校验最大应力 长度L、圈数n、圈间距离a,over,
