弹簧基础.ppt
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1、第十三章第十三章 弹性元件弹性元件1 概概 述述 一一 弹性元件的功用和分类弹性元件的功用和分类1 功用功用缓冲减振缓冲减振控制运动控制运动储存能量储存能量测量测量2 分类分类按照受力变形分按照受力变形分按照弹簧几何形状分按照弹簧几何形状分拉伸弹簧拉伸弹簧压缩弹簧压缩弹簧扭转弹簧扭转弹簧弯曲弹簧弯曲弹簧螺旋弹簧螺旋弹簧片簧片簧蜗卷弹簧蜗卷弹簧碟形弹簧碟形弹簧环行弹簧环行弹簧电气开关和仪器仪表中使用的热敏双金属片簧、电气开关和仪器仪表中使用的热敏双金属片簧、膜盒、弹簧管等膜盒、弹簧管等二二 弹簧元件的特性弹簧元件的特性 两种基本效应两种基本效应非弹性效应非弹性效应:指弹性元件的变形受其他因素指弹
2、性元件的变形受其他因素(如时间如时间温度、材料性质等温度、材料性质等)的影响所表现出来的性质的影响所表现出来的性质.弹性效应弹性效应:指弹性元件的变形仅仅是由于受载荷的指弹性元件的变形仅仅是由于受载荷的影响所表现出来的性质影响所表现出来的性质,起具体参数为体现载荷和起具体参数为体现载荷和变形关系的刚度和灵敏度变形关系的刚度和灵敏度弹性特性弹性特性直线型直线型刚度渐增型刚度渐增型刚度渐减型刚度渐减型混合型混合型弹性元件的弹性特性曲线弹性元件的弹性特性曲线刚度刚度(F):使弹性元件产生单位位移所需要的载荷使弹性元件产生单位位移所需要的载荷(或或 )F弹性元件所受的拉力或压力;弹性元件所受的拉力或压
3、力;弹弹性元件所性元件所产产生的拉、生的拉、压变压变形形;M和T分别为弯矩和扭矩分别为弯矩和扭矩;分别为断面转角和扭转角;分别为断面转角和扭转角;和和分别称为抗弯刚度和抗扭刚度。分别称为抗弯刚度和抗扭刚度。和和灵敏度灵敏度(S):弹性元件承受单位载荷所产生的位移弹性元件承受单位载荷所产生的位移,它是刚度的倒数它是刚度的倒数.三种弹性误差现象三种弹性误差现象 弹性滞后弹性滞后:弹性元件在加载与卸载过程中,弹性特性曲线不相重弹性元件在加载与卸载过程中,弹性特性曲线不相重合的现象合的现象 弹性后效弹性后效:弹性元件的变形落后于载荷作用(加载或卸载)的弹性元件的变形落后于载荷作用(加载或卸载)的现象现
4、象 弹性滞后曲线图弹性滞后曲线图 弹性后效曲线弹性后效曲线 温度误差温度误差温度为温度为t时的弹性模量时的弹性模量;在标准温度(一般为在标准温度(一般为20)时的弹性模量;)时的弹性模量;弹性模量温度系数;弹性模量温度系数;三三 弹性元件的材料弹性元件的材料2 螺旋弹簧螺旋弹簧按外形分类按外形分类圆柱形螺旋弹簧圆柱形螺旋弹簧 (图图a)圆锥形螺旋弹簧圆锥形螺旋弹簧 (图(图b)抛物线形螺旋弹簧(图抛物线形螺旋弹簧(图c)一一 圆柱形螺旋弹簧的形式和端部结构圆柱形螺旋弹簧的形式和端部结构 按载荷作用方式的不同圆柱形螺旋弹簧分以下三种形式按载荷作用方式的不同圆柱形螺旋弹簧分以下三种形式:拉伸弹簧(
5、代号拉伸弹簧(代号L型)如图(型)如图(a)所示)所示压缩弹簧(代号压缩弹簧(代号Y型)如图(型)如图(b)所示)所示 扭转弹簧(代号扭转弹簧(代号N型)如图(型)如图(c)所示)所示拉伸弹簧和压缩弹簧的固定方法拉伸弹簧和压缩弹簧的固定方法压缩弹簧常通过将端圈磨平或通过凸台、凹槽来固定。如下图中压缩弹簧常通过将端圈磨平或通过凸台、凹槽来固定。如下图中(a)()(b)()(c)所示。)所示。拉伸弹簧常通过两端带有的构环来固定。如(拉伸弹簧常通过两端带有的构环来固定。如(d)()(e)()(f)等图)等图所示。所示。扭转弹簧的固定方法扭转弹簧的固定方法在工作扭转角不大的情况下采用下图(在工作扭转角
6、不大的情况下采用下图(a)()(b)所示的固定方法。)所示的固定方法。在工作扭转角不较大的情况下可采用双股式扭转弹簧(图在工作扭转角不较大的情况下可采用双股式扭转弹簧(图13-7(c)),),也可采用作用在钩环上的载荷是力偶的结构(图也可采用作用在钩环上的载荷是力偶的结构(图13-7(d))二二 螺旋弹簧的计算螺旋弹簧的计算1拉伸弹簧和压缩弹簧的计算拉伸弹簧和压缩弹簧的计算在螺旋升角在螺旋升角较较小小时时,可,可认为弹认为弹簧簧丝仅丝仅承受扭承受扭转转作用。作用。这时这时,弹弹簧的簧的轴轴向向变变量量和它所承受的和它所承受的轴轴向向载载荷荷F的关系如下:的关系如下:在载荷在载荷F作用下弹簧的变
7、形量;作用下弹簧的变形量;F 作用在弹簧上的载荷;作用在弹簧上的载荷;弹簧中径;弹簧中径;n弹簧的有效圈数;弹簧的有效圈数;G材料的切变模量;材料的切变模量;d簧丝直径簧丝直径。弹簧的刚度为弹簧的刚度为:扭转剪应力的最大值为扭转剪应力的最大值为:在进行强度计算时,还要考虑弹簧丝横截面的剪切作用和弹簧丝呈在进行强度计算时,还要考虑弹簧丝横截面的剪切作用和弹簧丝呈螺旋状对应力大小的影响,为此引入一个修正系数。螺旋状对应力大小的影响,为此引入一个修正系数。故此时故此时注:修正系数为注:修正系数为K式中,式中,称为弹簧的旋绕比。称为弹簧的旋绕比。通常情况下通常情况下C=416,设计时可参照下表可参照下
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