人教版教材《功率》課件詳解2

汽車(chē)用螺旋彈簧設(shè)計(jì)和制造知識(shí)1汽車(chē)用螺旋彈簧設(shè)計(jì)和制造知識(shí)1汽車(chē)常用彈簧221.圓柱螺旋壓縮彈簧懸架彈簧、氣門(mén)彈簧等。2.圓柱螺旋拉伸彈簧各種拉簧3.圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧離合器踏板扭簧，變速手柄扭簧等4.圓錐螺旋彈簧自由艦后懸架截錐螺旋彈簧等5.扭桿彈簧行李箱蓋扭簧31.圓柱螺旋壓縮彈簧3最常用的圓柱螺旋壓縮彈簧

4最常用的圓柱螺旋壓縮彈簧

4符號(hào)：

n彈簧有效圈數(shù)

D彈簧中徑mmd彈簧鋼絲直徑mmG彈簧材料的切邊模量(冷卷制）（熱卷制）

C旋繞比

K應(yīng)力修正系數(shù)

t彈簧節(jié)距mmF1

彈簧安裝時(shí)的予加載荷NIp

材料截面極慣性矩，圓形截面為5符號(hào)：5圓柱螺旋壓縮彈簧的計(jì)算公式載荷F與變形f的簡(jiǎn)化計(jì)算式：

mm載荷與應(yīng)力的計(jì)算式：

6圓柱螺旋壓縮彈簧的計(jì)算公式載荷F與變形f的簡(jiǎn)化計(jì)算式3.彈簧剛度kN/mm4.工作圈數(shù)n

73.彈簧剛度kN/mm75.旋繞比C=D/d可采用下表的推薦值：表1d(mm)0.2-0.40.5-11.1-2.22.5-67-1618-50C=D/d7-145-125-104-94-84-685.旋繞比C=D/d可采用下表的推薦值：d(mm)彈簧節(jié)距t與自由高度H0H0和t可參照下表2：總?cè)?shù)n1節(jié)距t端部形式n+1.5兩端圈磨平n+2n+2.5n+2兩端圈不磨n+2.59彈簧節(jié)距t與自由高度H0H0和t可參照下表2：總?cè)?shù)n1節(jié)距壓縮彈簧自由高度H0可參照表3計(jì)算：總?cè)?shù)n1自有高度H0端部形式n+1.5nt+d兩端圈磨平n+2nt+1.5dn+2.5nt+2dn+2nt+3d兩端圈不磨n+2.5nt+3.5d10壓縮彈簧自由高度H0可參照表3計(jì)算：總?cè)?shù)n1自有高度H0端壓縮彈簧的典型圖樣以下兩種表達(dá)方式皆可：

11壓縮彈簧的典型圖樣以下兩種表達(dá)方式皆可：11

彈簧技術(shù)要求含：

1.總?cè)?shù)

2.工作圈數(shù)

3.繞制方向

4.表面處理

5.制造技術(shù)條件

6.設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)12彈簧技術(shù)要求含：12螺旋彈簧（壓縮、拉伸）的許用應(yīng)力許用應(yīng)力按所受載荷類(lèi)型可分三類(lèi)：Ⅰ類(lèi)載荷：交變載荷次數(shù)在以上

的彈簧。Ⅱ類(lèi)載荷：交變載荷次數(shù)在次范圍內(nèi)的載荷，以及沖擊載荷等彈簧。Ⅲ類(lèi)載荷：受靜載荷以及交變載荷次數(shù)在次以下的載荷等。

13螺旋彈簧（壓縮、拉伸）的許用應(yīng)力許用應(yīng)力按所受載荷類(lèi)型可分三冷拔材料的許用剪切應(yīng)力τ（MPa）注：不適用于直徑小于表41mm的鋼絲鋼絲類(lèi)型油淬火回火鋼絲碳素鋼絲或琴鋼絲不銹鋼絲許用剪應(yīng)力〔τσ〕Ⅲ類(lèi)0.55

σb0.50σb0.40σbⅡ類(lèi)（0.40～0.47）σb（0.38～0.45）σb（0.30～0.35）σbⅠ類(lèi)（0.35～0.40）σb（0.30～0.38）σb（0.25～0.30）σb14冷拔材料的許用剪切應(yīng)力τ（MPa）注：不適用于直徑小于具體冷拔材料的許用剪切應(yīng)力τ（MPa）注：不適用于直徑小于表51mm的鋼絲材料65Mn55Si2Mn;55Si2MnB;60Si2Mn;60Si2MnA;50CrVA不銹鋼絲許用剪應(yīng)力〔τ〕Ⅲ類(lèi)570740710Ⅱ類(lèi)455590570Ⅰ類(lèi)34044543015具體冷拔材料的許用剪切應(yīng)力τ（MPa）注：不適用于直徑小于

選取許用應(yīng)力的原則

1.對(duì)于行駛安全有重大影響的彈簧，許用剪切應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)降低。2.當(dāng)彈簧的實(shí)際剪切應(yīng)力大于許用應(yīng)力而又無(wú)法通過(guò)調(diào)整彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)降低時(shí)，則可考慮采用強(qiáng)壓處理或噴丸處理等工藝措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。16

選取許用應(yīng)力的原則

16彈簧強(qiáng)壓處理和噴完處理強(qiáng)壓處理：壓縮型（拉伸型）螺旋彈簧表面承受剪切應(yīng)力τ,越往中心去剪切應(yīng)力越小，心部為零。如果彈簧中的剩余應(yīng)力與工作應(yīng)力方向相反時(shí)，則可提高彈簧的承載能力和疲勞壽命。

強(qiáng)壓處理是將彈簧壓至材料層的應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)，使表面產(chǎn)生負(fù)剩余應(yīng)力。但是，經(jīng)強(qiáng)壓處理后彈簧的自由高度會(huì)縮短，制造中應(yīng)予以考量。17彈簧強(qiáng)壓處理和噴完處理強(qiáng)壓處理：17“強(qiáng)壓處理”與“立定處理”的區(qū)別在于前者將彈簧壓縮到材料的屈服極限，而后者僅壓縮到工作極限高度或并圈高度數(shù)次。如果強(qiáng)化處理得當(dāng)，在同樣的工作條件下，彈簧的疲勞壽命可以提高5-35%左右。強(qiáng)化處理僅適用于重要彈簧，譬如氣門(mén)彈簧、懸架彈簧等，對(duì)于一般彈簧則大可不必進(jìn)行。

18“強(qiáng)壓處理”與“立定處理”的區(qū)別在于前者將彈簧壓縮到材2.彈簧的噴丸處理：不要將普通另件的噴砂處理誤認(rèn)為噴外處理。前者是清理工藝而后者是強(qiáng)化處理工藝，它是提高彈簧疲勞壽命的最有效方法之一。噴丸處理是將細(xì)鋼絲切成微段（譬如φ0.5-1mm的等長(zhǎng)顆粒）以高速（例如12米/秒)擊打彈簧的表面層，使其發(fā)生塑性變形，從而形成一定厚度的表面強(qiáng)化層。

192.彈簧的噴丸處理：19

強(qiáng)化層內(nèi)形成了較高的剩余壓應(yīng)力，由此可以抵消一部分彈簧受交變載荷后所產(chǎn)生的部分最大拉應(yīng)力，從而提高了彈簧的疲勞強(qiáng)度。

除此之外，噴丸處理還可消除彈簧表面的疵點(diǎn)、脫碳（嚴(yán)重降低彈簧的疲勞強(qiáng)度）和微小缺陷，從而消除或減少了疲勞源。應(yīng)當(dāng)指出，噴丸后的彈簧長(zhǎng)度會(huì)變短，制定工藝時(shí)應(yīng)予以考慮。噴丸處理和強(qiáng)化處理可同時(shí)在重要彈簧上采用，譬如懸架彈簧。20強(qiáng)化層內(nèi)形成了較高的剩余壓應(yīng)力，由此可以抵消一部分彈簧受彈簧的表面處理1.彈簧的金屬保護(hù)層：鍍鋅處理：鋅在干燥空氣中較安定，不變化。在潮濕空氣中會(huì)產(chǎn)生一層氧化鋅白色薄膜，它可阻止彈簧繼續(xù)遭受腐蝕，可用于彈簧在一般大氣條件下防腐。凡是與硫酸、鹽酸和苛性鈉相接觸的彈簧則不宜用鍍鋅處理。鍍鋅后的彈簧還可經(jīng)鈍化處理，藉以進(jìn)一步提高保護(hù)性能和增加美觀。鍍鋅層厚一般在6-24微米范圍內(nèi)選取。21彈簧的表面處理1.彈簧的金屬保護(hù)層：212.

彈簧的化學(xué)保護(hù)層

2-1.氧化處理：亦稱(chēng)發(fā)黑處理。表面產(chǎn)生一層磁性氧化鐵膜，厚度約為0.6-2微米。該氧化膜薄且有氣孔，其防護(hù)能力較差，僅適用于腐蝕性不強(qiáng)的介質(zhì)中的彈簧。氧化處理成本低，生產(chǎn)率高，廣泛地利用于普通彈簧上。

2-3.磷化處理：將彈簧置入含有錳、鐵、磷的磷酸鹽中，使彈簧表面產(chǎn)生一層不溶于水的磷酸鹽薄膜的方法叫做磷化。膜厚約5-20微米，其抗腐蝕能力是氧化處理的2-10倍。與鍍鋅處理一樣，在彈簧酸洗后磷化過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣使彈簧產(chǎn)生氫脆，因此需要去氫處理。222.彈簧的化學(xué)保護(hù)層22彈簧的熱處理熱處理工藝取決于材料的品種和加工狀態(tài)。

1.第一種類(lèi)型：經(jīng)過(guò)強(qiáng)化處理的鋼絲，如碳素彈簧鋼絲琴鋼絲、油淬回火彈簧鋼絲和鋼帶，它們以冷成形工藝制作成彈簧，成形后只需進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。

2.第二種類(lèi)型：凡是用熱成型和已退火材料冷卷的彈簧，均需進(jìn)行淬火回火處理。彈簧硬度：65MnHRc46-48;HRc52-54.60Si2MnAHRc46-48HRc52-54;50CrVAHRc46-48HRc52-5423彈簧的熱處理熱處理工藝取決于材料的品種和加工狀態(tài)。23圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧扭簧的結(jié)構(gòu)型式：24圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧扭簧的結(jié)構(gòu)型式：242525扭簧設(shè)計(jì)參數(shù)扭簧鋼絲直徑dmm扭簧圈中徑DmmD1

內(nèi)徑mmD2外徑mm旋繞比C=D/d可按表1扭簧的試驗(yàn)扭矩TNm

彎曲應(yīng)力N/m㎡

26扭簧設(shè)計(jì)參數(shù)扭簧鋼絲直徑dmm265.扭轉(zhuǎn)角φ（rad)E彈簧材料的彈性模量（MPa)I彈簧材料截面慣性矩彈簧圈內(nèi)側(cè)的的最大應(yīng)力σ

275.扭轉(zhuǎn)角φ（rad)27Zm

彈簧材料的抗彎截面系數(shù)圓形截面

28Zm彈簧材料的抗彎截面系數(shù)287.扭簧剛度

KφN-mm/(°)工作圈數(shù)n

297.扭簧剛度Kφ29

截錐螺旋彈簧

圓錐螺旋彈簧30

截錐螺旋彈簧

圓錐螺旋彈簧303131

截錐螺旋彈簧的剛度特性是非線(xiàn)性的，圓錐角ψ越大，彈簧剛度變化越大，自振頻率的變化越高，對(duì)于消除或緩和共振越有利。所以自由艦后懸架彈簧就采用錐形彈簧。然而錐角ψ越大，材料利用率越低，大到一定程度時(shí)，彈簧可能發(fā)生自鎖而不能回彈。3232截錐螺旋彈簧的計(jì)算彈簧有效工作圈數(shù)n

33截錐螺旋彈簧的計(jì)算彈簧有效工作圈數(shù)n33

2.彈簧壓并圈時(shí)的節(jié)距tmm3.彈簧螺旋角α度

342.彈簧壓并圈時(shí)的節(jié)距tmm344.彈簧有效工作圈的自由高度H’ommH’o=nπα(R2+R1)5.任意彈簧圈i的半徑Ri6.從大端工作圈到彈簧圈i的錢(qián)高度Hi

7.彈簧在變形Hi時(shí)的載荷計(jì)Fi

(N)354.彈簧有效工作圈的自由高度H’omm358.

彈簧在Hi時(shí)的變形fi彈簧剪切應(yīng)力τ計(jì)算