弹簧种类与设计.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片文字樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,*,Page:,1,弹簧种类与设计,第一页，共17页。,大綱,彈簧分類,彈簧功用,彈簧材料與許用應力,彈簧設計根本概念,壓縮彈簧知識,壓縮彈簧設計步驟,結論,第二页，共17页。,分類,螺旋彈簧,截錐形,按形狀分,按,負荷,分,環形彈簧,平面渦圈彈簧,板彈簧,碟形彈簧,拉伸彈簧,壓縮彈簧,扭轉彈簧,圓柱形,彈簧分類,第三页，共17页。,彈簧類型續,圓柱螺旋彈簧結構簡單製造方便應用最廣,螺旋扭轉彈簧主要用於各種裝置中的壓緊和儲能，例如門的自動復位,環形彈簧和碟形彈簧都是壓縮彈簧，在工作過程中，一局部能量消耗在各圈之間的摩擦上，因此具有很高的緩沖吸振能力，多用于重型機械的緩沖裝置。,平面蝸卷彈簧或稱盤簧，它的軸向尺寸很小，常用作儀器和鐘表的儲能裝置。,板彈簧是由許多長度不同的鋼板疊合而成，主要用作各種車輛的減振裝置,第四页，共17页。,彈簧功用,1.,控制機械的運動，例如內燃機中控制氣缸閥門啟閉的彈簧、離合器中的控制彈簧,2.,吸收振動和衝擊能量，例如各種車輛中的減振彈簧及各種緩沖器的彈簧等,3.,存儲和釋放能量，例如鐘表彈簧,4.,測量力的大小，例如彈簧秤和測力器中的彈簧,第五页，共17页。,彈簧材料與許用應力,彈簧材料,應具高的彈性極限和疲勞極限，足夠的韌性和塑性，良好的熱處理性能,常用的彈簧材料有,碳素彈簧鋼如60、75、65Mn等、矽錳彈簧鋼如60Si2MnA、鉻釩彈簧鋼如50Cr-VA、不鏽鋼如1Cr18Ni9及青銅如QBe2等。,彈簧的許用應力,彈簧材料的許用應力與彈簧的受載循環次數有關,彈簧按載荷性質分為3類,類：受變載荷作用次數在 次以上的彈簧，如內燃機氣門彈簧、電磁製動器彈簧,類：受變載荷作用次數在 次受衝擊或靜載荷彈簧，如調速器彈簧、平安閥彈簧、一般車輛彈簧,類：受變載荷作用次數在 次以下受靜載荷彈簧，摩擦式平安離合器彈簧,第六页，共17页。,彈簧設計根本概念,1.,彈簧的剛度彈簧的載荷變化量與變形變化量之比，以,k,表示,拉伸、壓縮彈簧,扭轉彈簧,2.,彈簧特性線表示彈簧負載與變形量之間的關係曲線,彈簧特性線呈直線的，其剛度為穩定不變通常製作簡單應用廣泛,當特性線呈漸增形彈簧，當外加載荷達到一定量時剛度會急劇增加來保護彈簧。,第七页，共17页。,彈簧設計根本概念(續,加載與卸載特性線所包圍的面積即代表消耗的能量,U0,，,U0,越大，說明彈簧的吸振和緩衝能力越強。,U0,與,U,之比值稱為阻尼系數。,3.,彈簧的變形能,加載過程中彈簧所吸收的能量稱為變形能,拉伸、壓縮彈簧,扭轉彈簧,加載,卸載,吸振能力,摩擦消耗的能量,-,陰影面積,F,加載,卸載,由於簧片之間存在摩擦損失，導致加載和卸載特性曲線不一樣,第八页，共17页。,壓縮彈簧知識,1.,壓縮彈簧結構和載荷,變形圖,D,、,D,1,、,D,2,為彈簧外、內、中徑,mm,。,d,：彈簧絲直徑,mm,。,F1:,彈簧的最小載荷,N,。,F2:,彈簧所承受的最大工作載荷,N,。,F,lim,:,工作極限載荷,N,。,f,0,、,f,1,、,f,2,、,f,lim,在,F,0,、,F,1,、,F,2,、,F,lim,作用下,彈簧變形量。壓縮彈簧工作變形量應在全變形,量,20%80%,範圍內選取,;,考量彈簧剛度應在,30%70%,範圍內選取,H,0:,自由高度或長度,mm,H,0,、,H,1,、,H,lim,在,F,1,、,F,2,、,F,lim,作用下彈簧高度,mm,。,第九页，共17页。,壓縮彈簧知識續,不磨平,2.,螺旋壓縮彈簧基本公式,:,許用切應力,MPa,F:,彈簧工作載荷,N,f:,工作載荷作用下的變形量,k:,彈簧剛度,N/mm,d:,材料直徑,mm,D2:,彈簧中徑,mm,C:,旋繞比,C=D,2,/d,K:,曲度係數,n:,彈簧有效圈數,G:,切變模量,MPa,端部磨平,:,用於重要彈簧,端部不磨,:,一般用途,磨,不磨,壓縮彈簧的繞製方式：冷卷法、熱卷法,冷卷法:彈簧絲直徑d8mm的採用冷卷法繞製。,捲成後低溫回火以消除捲繞時的內應力,熱卷法:彈簧絲直徑較大d8mm的採熱卷法繞製。,捲成後必須進行淬火、中溫回火等處理,螺旋角,:,第十页，共17页。,壓縮彈簧設計步驟,1.,選擇材料和許用應力,應需考量彈簧需在何種狀況下使用來選擇第幾類型彈簧。,選則第幾類彈簧與材料進而取得許用切應力。,2.,彈簧鋼絲直徑,當給出彈簧最大工作載荷,F,2,與許用切應力和彈簧中徑或外徑或內徑,藉由以下式來求得,A1,或,A2,或,A3,在經由查圖取得,C,，再得到,d,第十一页，共17页。,壓縮彈簧設計步驟續,3.,有效圈數,經由以下兩式可得有效圈數,4.,總圈數,n,1,=n+(22.5),冷捲,n,1,=n+(1.52),熱捲,5.,工作極限載荷與變形量,根據彈簧工作區應在全變形量,2080%,條件求得,6.,壓併高度,兩端圈磨平,兩端圈不磨,7.,自由高度,兩端磨平,兩端不磨,第十二页，共17页。,壓縮彈簧設計步驟續,8.,螺旋角和,展開長度,螺旋角,展開長度,9.,彈簧的穩定性驗算,壓縮彈簧的自由高度,H,0,與中徑,D,2,之比，稱為高徑比,b,兩端固定時，,b5.3,；,一端固定，一端可轉時，,b3.7,；,兩端都可轉動時，,b510,1018,1830,間隙,0.6,1,2,3,3050,5080,80120,120150,4,5,6,7,導桿導套與彈簧間的間隙 mm,第十三页，共17页。,壓縮彈簧設計步驟續,10.,強度驗算,:,分為疲勞強度與靜強度,疲勞強度:對於重要或是承受變載荷的彈簧,靜強度:變載荷的作用次數N1000或載荷變化的幅度不大時。,如果上述這兩種情況不能明確區別時,則需同時進行兩種強度的驗算。,疲勞強度平安係數公式,：彈簧材料的脈動疲勞極限MPa。,可根據變載荷作用次數N由下表中查取。,循環次數,N,第十四页，共17页。,靜強度平安係數計算公式,壓縮彈簧的自由高度H0與中徑D2之比，稱為高徑比b,板彈簧是由許多長度不同的鋼板疊合而成，主要用作各種車輛的減振裝置,如果上述這兩種情況不能明確區別時,則需同時進行兩種強度的驗算。,彈簧設計根本概念(續,F1:彈簧的最小載荷N。,當精確性低時，取Sp=1.,一端固定，一端可轉時，b8mm的採熱卷法繞製。,注1此表適用於高優質鋼絲，不銹鋼絲，鈹青銅和矽青銅絲；2對噴丸處理的彈簧，表中數值可提升20；3對于矽青銅，不鏽鋼絲，N 時的 值可取4表中 為彈簧材料的拉伸強度極限 MPa。,壓縮彈簧設計步驟續,Sp:彈簧疲勞強度的設計平安系數。,當彈簧的設計計算和材料的機械性能數據精確性高時，取Sp=1.31.7；,當精確性低時，取Sp=1.82.2。,靜強度平安係數計算公式,第十五页，共17页。,壓縮彈簧設計步驟續,11.,共振驗算,對於鋼製彈簧其公式如下,12.,範例演算,第十六页，共17页。,初步瞭解彈簧種類與功用,初步瞭解彈簧設計的相關知識,經由壓縮彈簧的設計步驟與範例，應可以推廣到更多不同種類的彈簧設計,結論,第十七页，共17页。,