F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
板弹簧圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧碟形弹簧环形弹簧盘弹簧
F
F
F
F
F
F
c /2
c /2
第五篇 其它零、部件第十五章 弹 簧
§ 15— 1 概 述一、弹簧的功用
（ 1）控制机构的位置和运动
（ 2）缓冲及吸振
（ 3）储存能量
（ 4）测量力和力矩按照性质不同可分为：压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧按外形不同又可分为：螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、
盘弹簧和板簧二、弹簧的类型三,弹簧的工作原理
1、弹簧特性线和刚度弹簧特性线 —— 表示弹簧载何与变形量之间的关系曲线弹簧的刚度 —— 弹簧的载荷变化量与变形变化量之比，
以 k表示拉压弹簧 扭转弹簧
d
dFk?
d
dTk?
弹簧特性线呈直线的，
其刚度为常数，称为定刚度弹簧；当特性线呈折线或曲线时，其刚度是变化的，称为变刚度弹簧。
常见弹簧的种类及特性曲线
F
O
AD
C
B
2,变形能加载过程中弹簧所吸收的能量称为变形能
F
卸载加载
O
B
A
U 0
U对于拉、压弹簧对于扭转弹簧
0 d)(FU
0 d)(TU
加载与卸载特性线所包围的面积即代表消耗的能量 U0,U0越大，说明弹簧的吸振能力越强。 U0与 U之比值称为阻尼系数。
§ 15— 2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料
1,压缩弹簧弹簧两端的端面圈与邻圈并紧,
不参与弹簧变形,只起支承的作用,俗称死圈 。
一、圆柱螺旋弹簧的结构 D 1
D 2
D
(3/4
)
d
1
d
/4
p
d
H
0
并紧不磨平端 并紧磨平端
2、拉伸弹簧如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此时弹簧各圈应互相并拢。拉伸弹簧分无初拉力和有初拉力两种。
H 0
p
d
D D
2
D
1
拉伸弹簧的端部结构形式弹簧的卷制方法有冷卷法和热卷法二、圆柱螺旋弹簧的制造要求弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限,
足够的韧性和塑性,良好的热处理性能 。 常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢 （ 如 60,75,65Mn等 ）,
硅锰弹簧钢 （ 如 60Si2MnA）,铬钒弹簧钢 （ 如
50Cr-VA ）,不锈钢 （ 如 1Cr18Ni9） 及青铜 （ 如
QBe2） 等 。
三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关
1、弹簧的材料
2、弹簧的许用应力
§ 15— 3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算一、弹簧特性线预紧力 F1称为弹簧的最小载荷 。 Fmax为弹簧所承受的最大工作载荷,此时,弹簧高度压缩到 H2,相应变形为 λmax,该时刻弹簧各圈之间仍应保留 δ1的间隙,欲称余隙 。
d p
DD
2
D
1
U
F
O
F ma x
F 3
H 2
H 1
H 0
3
ma x
2? 1
H 3
F 1
F3为弹簧的极限载荷。
λmax与 λ1之差或 H2与 H1之差，称为弹簧的工作行程 λ0
二,基本参数及其选择
d
DC 2?
圆柱螺旋弹簧的主要参数有：
弹簧丝直径 d、弹簧圈外径 D、内径 D1、中径 D2、
弹簧节距 p和螺旋升角 α、弹簧指数 C（旋绕比）
三、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算
1、弹簧受力
D 2 /2
F
F
d
m
n
剖面 B - B
D 2 /2
B
T''
B
F
Q
A
F
N
M
A?
F
F
D 2
2
2
D 2
F
2
D 2
T = F
当压缩弹簧承受轴向载荷 F的作用时，
钢丝剖面 A-A上作用着横向力 F和扭矩
T,A-A剖面呈椭圆形，现取垂直于钢丝轴线的剖面 B-B。
K——曲度系数
2、弹簧应力
max
=K
=
F
+
T
T
F
n
m
B? B
压缩弹簧最大切应力
2m a x
8
d
CFK
CC
CK 615.0
44
14?
四,弹簧的刚度计算
1、弹簧的变形
Gd
FC
Gd
nFD 3
4
3
2 88
2、弹簧刚度和圈数
3、弹簧的稳定性验算
nC
GdFk
38 kC
Gd
FC
dGn
33 88
压缩弹簧的自由高度 H0与中径 D2之比称为长细比,以 b表示 20DHb?
当弹簧两端固定时,b<5.3；当弹簧一端固定，一端可转时,b<3.7；当弹簧两端都可转动时,b<2.6。
Fc=CBkH0
Fc—— 临界稳定载荷
CB—— 不稳定系数
k —— 弹簧刚度为保证弹簧的稳定性必须满足 Fc≥(2~2.5)Fmax
若长细比不满足要求，结构上又不允许 加装导杆或导套,则必须进行稳定性计算其临界稳定载荷
§ 15— 4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线
T
T
lim
T
m
ax
T
mi
n
lim
m ax
mi n
扭转弹簧的特性如左图，呈螺旋形，两端带有杆臂或挂钩，自由状态下，各弹簧圈间留有少量间隙。扭转弹簧的特性线见右图。
二、圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算扭转弹簧曲度系数 K′
bb W
TK
W
MK ][m a xm a x
圆柱螺旋扭转弹簧钢丝剖面中的应力,可近似地看作弯曲梁进行计算最大扭转角
44
14
C
CK
3 m a x][1.0
b
TKd
扭转刚度
EI
nDT 2m a x
m a x
工作圈数
nD
EITk
2m a x
m a x
22m a x
m a x
Dk
EI
DT
EIn
§ 15— 5 其它类型弹簧简介平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧，它的结构是按阿基米德螺线形成的，如左图。平面蜗卷形盘簧特性曲线如右图一、平面蜗卷形盘簧
R
r 1
T 1
T 2
A
s
b
弹簧丝截面
T
环形弹簧是由若干具有配合锥面的内、外圆环相互叠合而组成的一种压缩弹簧，如左图。
二、环形弹簧
D 0
D 1
H
H
1
自由状态 工作状态
F
F
加载卸载
O
C
A
B
F
B
F
max
max
环形弹簧的特性曲线图碟形弹簧又称别氏弹簧，弹簧呈截锥形碟形，只能承受轴向载荷，如上图。碟形弹簧的特性曲线如下图三、碟形弹簧?
h?
t
d
F F
D
F
卸载加载
A
B
C
O
碟形弹簧一般成组使用。碟形弹簧的组合方式有两种，
如左图 —— 对合式碟形弹簧，右图 —— 叠合式碟形弹簧
F
F
F
F
F
F
F
F
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F
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c /2
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第五篇 其它零、部件第十五章 弹 簧
§ 15— 1 概 述一、弹簧的功用
（ 1）控制机构的位置和运动
（ 2）缓冲及吸振
（ 3）储存能量
（ 4）测量力和力矩按照性质不同可分为：压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧按外形不同又可分为：螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、
盘弹簧和板簧二、弹簧的类型三,弹簧的工作原理
1、弹簧特性线和刚度弹簧特性线 —— 表示弹簧载何与变形量之间的关系曲线弹簧的刚度 —— 弹簧的载荷变化量与变形变化量之比，
以 k表示拉压弹簧 扭转弹簧
d
dFk?
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弹簧特性线呈直线的，
其刚度为常数，称为定刚度弹簧；当特性线呈折线或曲线时，其刚度是变化的，称为变刚度弹簧。
常见弹簧的种类及特性曲线
F
O
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B
2,变形能加载过程中弹簧所吸收的能量称为变形能
F
卸载加载
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U对于拉、压弹簧对于扭转弹簧
0 d)(FU
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加载与卸载特性线所包围的面积即代表消耗的能量 U0,U0越大，说明弹簧的吸振能力越强。 U0与 U之比值称为阻尼系数。
§ 15— 2 圆柱螺旋弹簧的结构、制造及材料
1,压缩弹簧弹簧两端的端面圈与邻圈并紧,
不参与弹簧变形,只起支承的作用,俗称死圈 。
一、圆柱螺旋弹簧的结构 D 1
D 2
D
(3/4
)
d
1
d
/4
p
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H
0
并紧不磨平端 并紧磨平端
2、拉伸弹簧如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此时弹簧各圈应互相并拢。拉伸弹簧分无初拉力和有初拉力两种。
H 0
p
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拉伸弹簧的端部结构形式弹簧的卷制方法有冷卷法和热卷法二、圆柱螺旋弹簧的制造要求弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限,
足够的韧性和塑性,良好的热处理性能 。 常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢 （ 如 60,75,65Mn等 ）,
硅锰弹簧钢 （ 如 60Si2MnA）,铬钒弹簧钢 （ 如
50Cr-VA ）,不锈钢 （ 如 1Cr18Ni9） 及青铜 （ 如
QBe2） 等 。
三、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力弹簧材料的许用应力与弹簧的受载循环次数有关
1、弹簧的材料
2、弹簧的许用应力
§ 15— 3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算一、弹簧特性线预紧力 F1称为弹簧的最小载荷 。 Fmax为弹簧所承受的最大工作载荷,此时,弹簧高度压缩到 H2,相应变形为 λmax,该时刻弹簧各圈之间仍应保留 δ1的间隙,欲称余隙 。
d p
DD
2
D
1
U
F
O
F ma x
F 3
H 2
H 1
H 0
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H 3
F 1
F3为弹簧的极限载荷。
λmax与 λ1之差或 H2与 H1之差，称为弹簧的工作行程 λ0
二,基本参数及其选择
d
DC 2?
圆柱螺旋弹簧的主要参数有：
弹簧丝直径 d、弹簧圈外径 D、内径 D1、中径 D2、
弹簧节距 p和螺旋升角 α、弹簧指数 C（旋绕比）
三、圆柱螺旋拉压弹簧的强度计算
1、弹簧受力
D 2 /2
F
F
d
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n
剖面 B - B
D 2 /2
B
T''
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F
Q
A
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T = F
当压缩弹簧承受轴向载荷 F的作用时，
钢丝剖面 A-A上作用着横向力 F和扭矩
T,A-A剖面呈椭圆形，现取垂直于钢丝轴线的剖面 B-B。
K——曲度系数
2、弹簧应力
max
=K
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F
+
T
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m
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压缩弹簧最大切应力
2m a x
8
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44
14?
四,弹簧的刚度计算
1、弹簧的变形
Gd
FC
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nFD 3
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2、弹簧刚度和圈数
3、弹簧的稳定性验算
nC
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38 kC
Gd
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33 88
压缩弹簧的自由高度 H0与中径 D2之比称为长细比,以 b表示 20DHb?
当弹簧两端固定时,b<5.3；当弹簧一端固定，一端可转时,b<3.7；当弹簧两端都可转动时,b<2.6。
Fc=CBkH0
Fc—— 临界稳定载荷
CB—— 不稳定系数
k —— 弹簧刚度为保证弹簧的稳定性必须满足 Fc≥(2~2.5)Fmax
若长细比不满足要求，结构上又不允许 加装导杆或导套,则必须进行稳定性计算其临界稳定载荷
§ 15— 4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算一、圆柱螺旋扭转弹簧的结构及特性曲线
T
T
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扭转弹簧的特性如左图，呈螺旋形，两端带有杆臂或挂钩，自由状态下，各弹簧圈间留有少量间隙。扭转弹簧的特性线见右图。
二、圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算扭转弹簧曲度系数 K′
bb W
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圆柱螺旋扭转弹簧钢丝剖面中的应力,可近似地看作弯曲梁进行计算最大扭转角
44
14
C
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扭转刚度
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工作圈数
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§ 15— 5 其它类型弹簧简介平面蜗卷形盘簧又称蜗卷簧，它的结构是按阿基米德螺线形成的，如左图。平面蜗卷形盘簧特性曲线如右图一、平面蜗卷形盘簧
R
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T 1
T 2
A
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弹簧丝截面
T
环形弹簧是由若干具有配合锥面的内、外圆环相互叠合而组成的一种压缩弹簧，如左图。
二、环形弹簧
D 0
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自由状态 工作状态
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环形弹簧的特性曲线图碟形弹簧又称别氏弹簧，弹簧呈截锥形碟形，只能承受轴向载荷，如上图。碟形弹簧的特性曲线如下图三、碟形弹簧?
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碟形弹簧一般成组使用。碟形弹簧的组合方式有两种，
如左图 —— 对合式碟形弹簧，右图 —— 叠合式碟形弹簧
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