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1、第一节第一节 概述概述n一、弹簧的功用与类型一、弹簧的功用与类型n1 1、弹簧的功用：、弹簧的功用：1 1）缓冲、减振，如汽车、火车车箱减振弹簧）缓冲、减振，如汽车、火车车箱减振弹簧及各种缓冲器用弹簧等；及各种缓冲器用弹簧等； 2 2）控制运动，如离合器中的控制弹簧、内燃）控制运动，如离合器中的控制弹簧、内燃机中的阀门弹簧等；机中的阀门弹簧等；3 3）贮蓄能量，如钟表弹簧、枪机弹簧等；）贮蓄能量，如钟表弹簧、枪机弹簧等； 4 4）测量载荷，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。）测量载荷，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。 概述概述 2 2、弹簧的主要类型：、弹簧的主要类型：按弹簧承受的载荷分：按弹簧承受的载
2、荷分： 拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、弯曲弹簧。弯曲弹簧。按照弹簧的形状分：按照弹簧的形状分： 圆柱螺旋弹簧、截锥（圆锥）螺旋圆柱螺旋弹簧、截锥（圆锥）螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、涡卷弹簧、弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、涡卷弹簧、板弹簧等。板弹簧等。 螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，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。机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。概述概述n二、弹簧的材料和制造二、弹簧的材料和制造n 1 1、弹簧的材料、弹簧的材料弹簧的材料的基本要求：弹簧的材料的基本要求：
3、 弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳强度、足弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳强度、足够的韧性和良好的热处理性能。够的韧性和良好的热处理性能。常用的弹簧材料：常用的弹簧材料： 碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢及青铜等。碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢及青铜等。 材料选择：材料选择： 选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件( (载载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等度等) )以及加工、热处理和经济性等因素。以及加工、热处理和经济性等因素。概述概述n2 2、弹簧的制造、弹簧的制造冷卷冷卷 适于弹簧丝直线适于弹簧
4、丝直线d d小于小于8mm 8mm 的弹簧的的弹簧的卷制，卷制成弹簧后，只作低温回火（消除卷制，卷制成弹簧后，只作低温回火（消除内应力）即可。内应力）即可。热卷热卷 适于直径大的弹簧丝适于直径大的弹簧丝 ，热卷后应进，热卷后应进行淬火及回火处理。行淬火及回火处理。 第二节第二节 圆柱螺旋弹簧设计圆柱螺旋弹簧设计n一、弹簧的端部结构圆柱螺旋弹簧的结构圆柱螺旋弹簧的结构1. 1. 压缩弹簧压缩弹簧 弹簧的节距为弹簧的节距为p,p,在自由状态下，各在自由状态下，各圈之间应有适当的距圈之间应有适当的距离离 ，以便弹簧受压，以便弹簧受压时，有产生相应变形时，有产生相应变形的可能。的可能。圆柱螺旋弹簧的结
5、构圆柱螺旋弹簧的结构n压缩弹簧的端部结构形式压缩弹簧的端部结构形式 压压缩缩弹弹簧簧两两端端的的端端面面圈圈与与邻邻圈圈并并紧紧，不不参与弹簧变形，只起支承的作用，俗称死圈。参与弹簧变形，只起支承的作用，俗称死圈。 当当弹弹簧簧圈圈数数n n77时时，弹弹簧簧每每端端的的死死圈圈约约为为0.750.75 1 1圈圈；当当弹弹簧簧圈圈数数n n77时时，弹弹簧簧每每端端的的死圈约为死圈约为1 1 1.751.75圈。圈。常见的压缩弹簧的端部结构形式：常见的压缩弹簧的端部结构形式： 并紧并磨平型和并紧不磨平型两种。并紧并磨平型和并紧不磨平型两种。 压缩弹簧的端部结构形式压缩弹簧的端部结构形式圆柱螺
6、旋弹簧的结构圆柱螺旋弹簧的结构2.2.拉伸弹簧拉伸弹簧 空载时，各圈应相互并拢。空载时，各圈应相互并拢。为了保证拉伸弹簧在空载时各圈相为了保证拉伸弹簧在空载时各圈相互压紧，常在卷制过程中同时使弹互压紧，常在卷制过程中同时使弹簧丝绕其本身的轴线产生扭转，这簧丝绕其本身的轴线产生扭转，这样，弹簧丝中就会产生一定的预应样，弹簧丝中就会产生一定的预应力，称为有预应力的拉伸弹簧。这力，称为有预应力的拉伸弹簧。这种弹簧一定要在外加的拉伸载荷大种弹簧一定要在外加的拉伸载荷大于初拉力后弹簧才会产生拉伸变形。于初拉力后弹簧才会产生拉伸变形。 拉伸弹簧的端部有钩环以便拉伸弹簧的端部有钩环以便安装和加载。安装和加载
7、。 圆柱螺旋弹簧的结构圆柱螺旋弹簧的结构n拉伸弹簧端部钩环结构：拉伸弹簧端部钩环结构： 圆柱螺旋弹簧的主要参数圆柱螺旋弹簧的主要参数 弹簧丝直径弹簧丝直径d d、弹簧圈外径、弹簧圈外径D D、内径、内径D D1 1、中径、中径D D2 2、弹、弹簧节距簧节距p p和螺旋升角和螺旋升角、弹簧指数、弹簧指数C C（旋绕比）（旋绕比）二、弹簧的特性曲线预预紧紧力力F F1 1称称为为弹弹簧簧的的最最小小载载荷荷。F Fmaxmax为为弹弹簧簧所所承承受受的的最最大大工工作作载载荷荷，此此时时，弹弹簧簧高高度度压压缩缩到到H H2 2，相相应应变变形形为为maxmax，该该时时刻刻弹弹簧簧各各圈圈之之
8、间间仍仍应应保保留留1 1的的间隙，称余隙。间隙，称余隙。 F F3 3为弹簧的极限载荷。为弹簧的极限载荷。maxmax与与1 1之差或之差或H H2 2与与H H1 1之差，之差，称为弹簧的工作行程称为弹簧的工作行程0 0 二、弹簧的强度计算二、弹簧的强度计算1 1、弹簧受力、弹簧受力当压缩弹簧承受轴当压缩弹簧承受轴向载荷向载荷F F的作用时，钢的作用时，钢丝剖面丝剖面A-AA-A上作用着横上作用着横向力向力F F和扭矩和扭矩T T，A-AA-A剖剖面呈椭圆形，现取垂面呈椭圆形，现取垂直于钢丝轴线的剖面直于钢丝轴线的剖面B-BB-B。圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设
9、计KK曲度系数曲度系数2 2、弹簧应力、弹簧应力压缩弹簧最大切应力压缩弹簧最大切应力 根据强度条件：根据强度条件： T T T T ，则可得圆弹簧丝直径则可得圆弹簧丝直径d d的计算公式的计算公式 四、弹簧的变形1 1、弹簧的变形、弹簧的变形2 2、弹簧刚度和圈数、弹簧刚度和圈数 3 3、弹簧的稳定性验算、弹簧的稳定性验算 压压缩缩弹弹簧簧的的自自由由高高度度H H0 0与与中中径径D D2 2之之比称为长细比，以比称为长细比，以b b表示表示五、弹簧的刚度五、弹簧的刚度nK=F/f六、压缩弹簧的稳定性六、压缩弹簧的稳定性七、弹簧的主要参数和几何尺寸计算见表（七、弹簧的主要参数和几何尺寸计算见表（17-5）
