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线性代数
主讲:
李永乐
第15章弹簧元件
15.1弹簧元件的的功用和类型
弹簧受外力作用后能产生较大的弹性变形,在机械设备中广泛应用弹簧作为弹性元件。
弹簧的主要功用有:
1)控制机构的运动或零件的位置,如凸轮机构、离合器、阀门以及各种调速器中的弹簧;
2)缓冲及吸振,如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧;
3)储存能量,如钟表、仪器中的弹簧;
4)测量力的大小,如弹簧秤中的弹簧。
弹簧的种类很多,从外形看,有螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等。
螺旋弹簧是用金属丝(条)按螺旋线卷饶而成,由于制造简便,所以应用最广。
按其形状可分为:
圆柱形(下图a、b、d)、截锥形(下图c)等。
按受载情况又可分为拉伸弹簧(下图a)、压缩弹簧(下图b、c)和扭转弹簧(下图d)。
环形弹簧(下图a)和碟形弹簧(下图b)都是压缩弹簧,在工作过程中,一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上,因此具有很高的缓冲吸振能力,多用于重型机械的缓冲装置。
平面涡卷弹簧或称盘簧(下图c),它的轴向尺寸很小,常用作仪器和钟表的储能装置。
板弹簧(下图d)是由许多长度不同的钢板叠合而成,主要用作各种车辆的减振装置。
本章主要介绍圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的结构和设计。
15.2圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形
一、弹簧的应力
圆柱螺旋拉伸及压缩弹簧的外载荷(轴向力)均沿弹簧的轴线作用,它们的应力和变形计算是相同的。
现以圆柱螺旋压缩弹簧为例进行分析。
下左图所示为一圆柱螺旋压缩弹簧,轴向力F作用在弹簧的轴线上,弹簧丝是圆截面的,直径为d,弹簧中径为D2,螺旋升角为a。
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