弹性联接:功用、类型及作用分析

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：归纳总结4.7.1弹性联接的功用和类型通过操作和使用各种弹簧可发现，仪表中不同形状的簧片、膜片等受载后会变形，卸载便恢复原有的形状和尺寸。依靠弹性件实现被联接件在有限相对运动时仍保持固定联系的联接，称为弹性联接。弹性联接具有缓冲、吸振和储存能量等作用。

活动情境

如图4.87所示，观察火车、汽车上车厢与车轮轴联接处的弹簧、自行车坐垫下的弹簧及机械式钟表中的发条弹簧等。

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图4.87　弹簧

任务要求

1.总结不同类型弹簧的功用。

2.掌握圆柱形螺旋弹簧的结构、参数和计算方法。

任务引领

通过观察与讨论回答下列问题：

1.弹簧秤下悬挂的物体质量，如果超出其承载范围会出现什么情况？

2.结合日常生活，举例说明什么地方用的是拉伸弹簧，什么地方用的是压缩弹簧。

3.圆柱形螺旋弹簧的尺寸是如何确定？

归纳总结

4.7.1　弹性联接的功用和类型

通过操作和使用各种弹簧可发现，仪表中不同形状的簧片、膜片等受载后会变形，卸载便恢复原有的形状和尺寸。把这类特性的元件，称为弹性零件。依靠弹性件实现被联接件在有限相对运动时仍保持固定联系的联接，称为弹性联接。弹性联接具有缓冲、吸振和储存能量等作用。典型的弹性联结件为弹簧。

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。一般用弹簧钢制成，用以控制机件的运动、缓和冲击或振动、储蓄能量、测量力的大小等，广泛应用于各种机器、仪表及日常用品中。

1）弹簧的主要功能

①缓冲减振。如各种车辆上的悬挂弹簧。

②控制运动。如内燃机中的进排气阀门。

③储能输能。如机械式钟表中的发条弹簧。

④测量载荷。如弹簧秤、测力器中的弹簧。

⑤保持两零件接触。如仪表中接头处的弹簧。

2）弹簧的类型

弹簧的类型很多，表4.28列出了常用类型弹簧特性和应用。

表4.28　弹簧的主要类型和特点

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续表

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4.7.2　弹簧的材料与制作

1）弹簧的材料

弹簧一般在变载荷和冲击载荷下工作，因此，弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限、足够的冲击韧性和塑性，以及具有良好的热处理性能，不易脱碳，便于卷绕。

弹簧常用的材料主要是热轧和冷拉弹簧钢，也有非金属的橡胶、塑料、软木等。热轧钢以圆钢、扁钢、钢板等形式供应，其尺寸公差较大，表面质量较差，常用于截面尺寸较大的重型弹簧，如65Mn，60Si2MnA，50CrVA等牌号。冷拉钢以钢丝、钢带等形式供应，其尺寸公差较小，表面质量和力学性能好，应用广泛。其中，碳素弹簧钢丝是优选材料，其强度高成本低，但淬透性差，适用于制作小弹簧，常用的有25—80钢。40Mn—70Mn等牌号，分B，C，D3个等级，分别用于低、中、高应力弹簧。

合金弹簧钢丝的淬透性和回火稳定性都好，普通机械的较大弹簧选用60Si2MnA等硅锰钢。抗疲劳、抗冲击选用50CrVA等络钒钢；有防腐要求的选用1Cr18Ni9Ti等不锈钢丝；有防腐、防磨、防磁要求的选用硅青铜线QSi3-1等弹簧材料。

2）弹簧的制作

弹簧的制作过程为：卷制—端部加工—热处理—工艺试验—强压处理或喷丸处理—表面保护处理（喷漆或镀锌）。

①卷制：小批量单件生产时，一般在卧式车床上进行，大批量生产时，则在自动卷簧机上进行，卷制分冷卷和热卷两种，冷卷多用于簧丝直径d≤8~10mm，用冷拉碳素钢丝在常温下卷成，热卷多用于弹簧丝直径d≥8mm，且在800~1000℃进行。

②端部加工。大多数压缩弹簧两端各有3/4~5/4并紧磨平，拉伸弹簧则制成钩环。

③热处理。冷卷后低温回火消除内应力，热卷后淬火加回火处理。

④工艺试验。检验弹簧热处理效果和材料缺陷。

⑤强压处理或喷丸处理。提高弹簧承载能力或疲劳强度。

4.7.3　圆柱形螺旋弹簧的结构、参数及尺寸

1）弹簧的端部结构

圆柱形螺旋弹簧包括压缩弹簧和拉伸弹簧两种。

（1）圆柱形压缩螺旋弹簧

圆柱形螺旋弹簧的端部结构形式较多。如图4.88所示，YⅠ型端部并紧磨平，两支承断面与弹簧的轴线垂直，弹簧受压时不致歪斜，适用于重要场合；YⅡ型端部并紧不磨平，适用于不重要场合。

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图4.88　圆柱形压缩螺旋弹簧的端部结构

（2）圆柱形拉伸缩螺旋弹簧

拉伸弹簧的端部只有挂钩，以便安装和加载，如图4.89所示。LⅠ和LⅡ型制造方便，应用广泛，常用于弹簧丝直径d≤10mm的不重要场合。LⅦ和LⅧ型挂钩受力情况较好，因挂钩可转向而便于安装，但制造成本较高，对受力较大的重要弹簧，多采用LⅦ。

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图4.89　圆柱形拉伸螺旋弹簧端部的结构

2）弹簧的主要参数

如图4.90所示，圆柱螺旋弹簧的主要参数：弹簧丝直径d、弹簧圈外径D2、内径D1、中径D、节距t、螺旋升角α、有效工作圈数n、自由高度H0和螺旋比C0。其中，螺绕比C=D/d，它是弹簧的一个重要参数。当d一定时，C越小，弹簧就越硬，制造时簧丝卷绕越困难；C越大，弹簧就越软，承载能力也越小。故C值一般取4~14，其荐用值见表4.29。

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