弹簧习题与参考答案
更新时间:2023-10-17 14:38:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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习题与参考答案
一、复习思考题。
1.弹簧有哪些功用?
2.常用弹簧的类型有哪些?各用在什么场合?
3.制造弹簧的材料应符合哪些主要要求?常用材料有哪些?
4.圆柱弹簧的主要参数有哪些?它们对弹簧的强度和变形有什么影响? 5.弹簧刚度K的物理意义是什么?它与哪些因素有关? 6.什么是弹簧的特性曲线?它在设计中起什么作用?
7.设计时,若发现弹簧太软,欲获得较硬的弹簧,应改变哪些设计参数?
8.圆柱螺旋弹簧在工作时受到哪些载荷作用?在轴向载荷作用下,弹簧圈截面上主要产生
什么应力?应力如何分布?受压缩与受拉伸载荷时,应力状态有什么不同?
9.如何确定圆柱螺旋弹簧的许用剪切应力?用碳素弹簧钢丝制造弹簧时,其许用剪切应力
???值应如何确定?
10.设计弹簧时,为什么通常取弹簧指数C=4~16,弹簧指数C的含义是什么?
11.今有A、B两个弹簧,弹簧丝材料、直径d及有效圈数n均相同,弹簧中径D2A大于
D2B,试分析:
1)当载荷P以同样大小的增量不断增大时,哪个弹簧先坏? 2)当载荷P相同时,哪个弹簧的变形量大?
12.圆柱形拉、压螺旋弹簧丝最先损坏的一般是内侧还是外侧?为什么? 13.设计弹簧如遇刚度不足时,改变哪些参数可得刚度较大的弹簧? 14.怎样的装置可把一个圆柱形压缩弹簧作为拉伸弹簧使用?
二、选择题
1.在圆柱形螺旋拉伸(压缩)弹簧中,弹簧指数C是指 。
A、弹簧外径与簧丝直径之比值。 B、弹簧内径与簧丝直径之比值。 C、弹簧自由高度与簧丝直径之比值。
1
D、弹簧中径与簧丝直径之比值。
2.圆柱拉伸(压缩)螺旋弹簧受戴后,簧丝截面上的最大应力是 。
A、扭矩T引起的扭切应力?? B、弯矩M引起的弯曲应力?b C、剪力F引起的切应力??? D、扭切应力??和切应力???之和
3.当簧丝直径d一定时,圆柱形螺旋弹簧的旋绕比C如取得太小,则 。
A、弹簧尺寸大,结构不紧凑 B、弹簧的刚度太小 C、弹簧卷绕有困难 D、簧丝的长度和重量较大
4.设计圆柱拉伸螺旋弹簧时,簧丝直径d的确定主要依据弹簧的
A、稳定性条件 C、强度条件
B、刚度条件 D、变形条件
三、填空题
1.弹簧在工作时常受 载荷或 载荷作用。
2.弹簧的材料应具有足够的 极限、 极限、韧性和良好的 性能。 3.常用的金属弹簧材料有 、 和 等。 4.圆柱螺旋弹簧的制造工艺过程包括:
(1) (2) (拉伸弹簧) (3) (4)
5.弹簧指数C是设计中的重要参数。C值 ,弹簧刚度小, 。C值 弹簧刚度大。
四、设计计算题
1.一扭转螺旋弹簧用在760mm的门上(题图)。当门关闭时,手把上加4.5N的推力才能把门打开。当门转到180°后,手把上的力为13.5N。若材料的许用应力???=1100N/mm2,求:1)该弹簧的弹簧丝直径d和平均直径D2;2)所需的初始角变形;3)弹簧的工作圈数。
2
题图
2.试设计一受静载荷的压缩螺旋弹簧。已知条件如下:当弹簧受载荷F1=178N时,其长度H1=89mm;当F2=1160时,H2=54mm;该弹簧使用时套在直径为30mm的芯棒上。现有材料为碳素弹簧钢丝,并要求所设计弹簧的尺寸尽可能小。
3.一拉伸螺旋弹簧用于高压开关中,已知最大工作载荷F2=2070N,最小工作载荷F1=615N,弹簧丝直径d=10mm,外径D=90mm,有效圈数n=20,弹簧材料为60Si2Mn,载荷性质属于Ⅱ类。求:1)在F2作用时弹簧是否会断?该弹簧能承受的极限载荷Flim;2)弹簧的工作行程。
例 解
1、某圆柱螺旋压缩弹簧的参数如下:D2=34mm,d=6mm,n=10,弹簧材料为碳素弹簧钢丝,当最大工作载荷Fmax=100N,弹簧的变形量及应力分别是多少?
解答:1)弹簧的变形量:由表查得弹簧材料的切变模量G=79×103MPa,弹簧指数C=D2/d=34/6=5.667,则弹簧的最大轴向变形量为:
8FmaxC3n8?100?5.6673?10???3.07mm
Gd79000?6?max2)弹簧丝截面应力:
曲度系数 K?4C?10.6154?5.667?10.615????1.2692
4C?4C4?5.667?45.667则弹簧丝内侧的最大应力为: 8D2Fmax8?34?100??K?1.2692??50.874MPa
?d3??63
分析与思考: 弹簧有哪些主要功用?试分别举例说明。
2、设计一在变载荷作用下工作的阀门圆柱螺旋压缩弹簧(要求绘制弹簧零件工作图)。已知最小工作载荷Fmin=256N,最大工作载荷Fmax=1280N,工作最小压缩变形量λ最大压缩变形量λ铰支支承。
解答:1)选择材料,确定许用应力
3
max=20mm,弹簧外径
min=4mm,
D≤38mm,载荷作用次数N≤105,一端固定,一端
因弹簧在变载荷下工作,且N≤105,故为Ⅱ类弹簧,选择50CrVA为弹簧丝材料,
由表查出, ?τ??590MPa,G?79?103MPa。 2)初选弹簧指数C=5,
则曲度系数K?3)求弹簧丝材料直径
d?1.6FmaxKC4C?10.6154?5?10.615????1.31
4C?4C4?5?45????1.61280?1.31?5mm?6.03mm
590取标准值d=6mm
4)求中径:D2?Cd?5?6?30mm
外 径:D?D2?d?30?6?36mm?38mm,满足要求。
5)求有效工作圈数n及总圈数n1
n?G?maxd8FmaxC3?79000?20?68?1280?53?7.5
为保证两支承面与弹簧轴线垂直,弹簧两端各并紧一圈,则弹簧总圈数
n1=n+2=7.5+2=9.5
6)弹簧的几何尺寸及稳定性计算 外径:D=36mm
内径:D1?D2?d?30?6?24mm 节距:p?d??maxn??1?d??maxn?0.1d?6?20?0.1?6?9.27mm 7.5螺旋升角:??arctan
p9.27?arctan?5.617? ?D2??30自由高度:H0?np?1.5d?7.5?9.27?1.5?6?78.52mm 取标准值:H0 = 80mm
则修正无载荷作用下弹簧的螺旋升角为:??5.736? ?D2n1??30?9.5??900mm 弹簧展开长度:L?cos?cos5.7366?稳定性计算:高径比b?H080??2.67?3.7 D230 一般规定,当弹簧一端固定,另一端自由时,b<3.7,不会失去稳定性。
7)弹簧标记:
压簧 6?30?80?2 GB1239?89 50CrVA 8)弹簧零件工作图: 略
分析与思考:(1)什么是弹簧的特性曲线?它与弹簧刚度有什么关系? (2)试述圆柱螺旋弹簧的弹簧
4
指数C的定义,C值大小对弹簧丝的强度和弹簧刚度有什么影响?
5
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