第14章 弹簧
三、弹簧特性曲线
F1 F2 Flim
1

2
...
lim
k
k——弹簧刚度 通常取弹簧的最小工作载荷：
F1 (0.1 0.5) F2
最大工作载荷：
F2 0.8Flim
第14章 弹簧
§14-3 圆柱螺旋弹簧的设计
一、圆柱压缩弹簧的设计 1.弹簧丝直径 d
max
圆柱压缩弹簧的设计
计算弹簧的变形量，验算其稳定性
8F1C 3n 1 Gd
F2 2 1 F1
H0 b D
lim
2
0.8
4 G 8 10 MPa G —— 切变模量。对钢： 式中： 对青铜： G 4 104 MPa
b ——高径比 第14章 弹簧
b 5.3 两端固定： b 3.7 一端固定： b 2.6 两端自由：
F2 340 弹簧的最大变形量： 2 9.1 mm k 37.3
第14章 弹簧
例题（续）
选择弹簧材料：选用d=4mm的60Si2Mn钢丝作为弹簧的材料。 查表：
640Mpa
kF2C
2.确定弹簧的直径：
d 1.6

由于要求D1>16mm，d=4mm，暂取
D D1 d 22 mm
绕旋比C 2.弹簧中径D
7 14 5 12 5 10 4 9 4 8 4
18
6
D Cd
3.弹簧内径D1与外径D2
D1 D d
D2 D d
第14章 弹簧
圆柱压缩弹簧的设计
4.弹簧总圈数 n1 YⅠ型： n2 YⅡ型 ：n2 5.弹簧间距
1.5, 2, 2.5 2, 2.5
4.弹簧间距
0
5.弹簧节距 t
td
6.自由高度H0
H0 nt 两端挂钩的轴向长度
7.弹簧展开丝长度
L Dn1 两端钩环的展开长度
8.螺旋升角
t arctg D
第14章 弹簧
例题
一个供蒸煮器用的立式小锅炉。炉顶上采用微启式安全阀。 已知：阀座通径D0=32mm,要求阀门起跳汽压P1=0.33MPa,阀门 行程λ0=2mm，全开时弹簧受力F2=340N，结构要求弹簧 的内径D1>16mm。若现有d=4mm的60Si2Mn钢丝。 试设计：安全阀的压缩弹簧。
二、圆柱拉伸弹簧的设计
1.弹簧丝直径 d
d 1.6
kF2C

2.弹簧内径D1与外径D2
D1 D d
D2 D d
n2 0 支承圈数：LⅠ型与LⅢ型：
3.弹簧总圈数 n1 G d n 有效圈数： 8 FC 3 弹簧总圈数：n1 第14章 弹簧
n n2
二、圆柱拉伸弹簧的设计
第14章 弹簧
弹簧的功用 控制机构的运动或零件的位置。 缓冲及吸振。 储存能力作为动力源。 测量力的大小。
第14章 弹簧
弹簧的种类
1.按受力形式分： 拉伸 压缩 扭转
第14章 弹簧
弹簧的种类
2.按弹簧形状分：
螺旋弹簧 环形弹簧 碟形弹簧 平面涡形 板形弹簧
第14章 弹簧
三、材料及许用应力
弹簧内径：D1 外径：D2 第14章 弹簧
D d 22 4 18 mm 16 mm
符合要求。
D d 26 mm
例题（续）
9.1 弹簧间距： 1.75 mm 取 3mm 0.8n 0.8 6.5
t 弹簧节距：
螺旋升角：
2
d 4 3 7mm
1.材料 常用材料： 碳素弹簧钢：65，70，80 t 120℃，d 12mm 合金弹簧钢：硅锰钢，铬钒钢 有色金属合金：硅青钢，锡青钢等 2.许用应力 许用应力与载荷性质有关 Ⅰ类载荷：作用次数在10 以上的变载荷 3 5 Ⅱ类载荷：作用次数在 10 10 以上的变载荷 3 Ⅲ类载荷：作用次数在10 以上的变载荷 3 Ⅳ载荷：作用次数在10 以下的变载荷 对碳素弹簧钢，弹簧钢丝可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ三组。 第14章 弹簧
F
λ
λ λ
2
λ
0
λ
第14章 弹簧
例 题( 续)
解： 1.分析已知条件 此弹簧为安全阀用，为重要弹簧，按Ⅱ类载荷计算。 弹簧所受最小工作载荷F1应等于起跳时的压力。
F1 p1
弹簧刚度： k
D02
0.33 32 265.4 N 4 4
2


F2 F1
0
340 265.4 37.3 N mm 2
第14章 弹簧
2.圆柱螺旋拉伸弹簧
分两种情况： 无预应力：各圈并紧，但相互间没有力的作用。 有预应力：各圈并紧，相互间有一定压力作用。 结构形式： LⅠ型：挂钩半圆形 LⅢ型：挂钩圆形 LⅦ型：另装挂钩 LⅧ型：另装挂钩，且挂钩可旋转。
第14章 弹簧
二、圆柱螺旋弹簧的制造
1.工序 卷制。 端面加工或挂钩制作。 热处理及工艺性试验。 2.技术要求 表面光洁，没有裂纹和伤痕，脱碳层应符合国家规定。
验算稳定性：
H 0 51.5 b 2.34 3.7 D 22
稳定性合格。 第14章 弹簧
第14章 弹簧 重点学习内容
1.弹簧的功用、类型及材料。 2.圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的结构、制造 及设计计算。
第14章 弹簧
8F2 D 8F2C k k 3 2 d d
kF2C
d 1.6 Fra bibliotek4C 1 0.615 式中： k 4C 4 C D C ——绕旋比 d
第14章 弹簧
圆柱压缩弹簧的设计
表: 绕旋比
弹簧丝直径d 0.2 0.4 0.5 1.0 1.1 2.2 2.5 6 7.0 16
n n2
7.螺旋升角
弹簧总圈数：n1
t arctg D 5 9
8.弹簧丝展开长度L 及自由高度H0

2
0.8n
6.弹簧节距 t
t d
第14章 弹簧
Dn1 L cos H0 nt (n2 0.5)d YⅠ型： H0 nt (n2 1)d YⅡ型 ：
6
§14-2 圆柱螺旋弹簧的结构和制造
一、圆柱螺旋弹簧的结构 1.圆柱螺旋压缩弹簧 支承圈或死圈的定义： 工作时不参与变形，仅起支承作用的弹簧圈数。 有磨平或不磨平两种。 结构形式： YⅠ型：两端并紧且磨平。 YⅡ型：两端并紧但不磨平。 YⅢ型：两端不并紧也不磨平。 弹簧总圈数：
n1 = n(有效圈数) n2 (支承圈数), n1 ≥ 2 n1取0.5的倍数
t 7 arctg arctg 5.8 (在 5 9 之间) D 22
弹簧两端各并紧一圈并磨平，则总圈数：
n1 n 2 8.5 圈
第14章 弹簧
例题（续）
弹簧丝展开长度：
Dn1 L 590mm cos
自由高度：
H0 n (n1 0.5)d 6.5 3 (8.5 0.5) 4 51.5mm
D 22 C 5.5 查图：k=1.28 d 4
第14章 弹簧
例题（续）
d 1.6 kF2C

1.28 340 5.5 1.6 3.09 mm 640
说明d=4mm的弹簧直径满足强度要求。 3.确定弹簧各参数
Gd 80000 4 6.45 6.5 圈 弹簧的圈数： n 3 3 8C k 8 5.5 37.3