弹簧的强度计算

20.1.1 弹簧功能 弹簧是通过其自身产生较大弹性变形进行工作的一种弹性元件。在各类机器中的应用十分广泛。其主要功用是： 1）控制机械的运动，例如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧（见图 a）； 2）吸收振动和冲击能量，例如各种车辆中的减振弹簧（见图 b）及各种缓冲器的弹簧等； 3）存储和释放能量，例如钟表弹簧（见图 c）、枪栓弹簧等； 4）测量力的大小，例如弹簧秤（见图 d）和测力器中的弹簧等等。 20.2.1 弹簧材料 为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表2 0 -2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图2 0 -2 给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。 类别 代号 许用扭应力[τT] 许用弯曲应力[σb]/MPa 切变模量G/GPa 弹性模量E/GPa 推荐硬度范围HRC 推荐使用温度°C 特性及用途 Ⅰ类弹簧 Ⅱ类弹簧 Ⅲ类弹簧 Ⅰ类弹簧 Ⅱ类弹簧 钢丝 碳素弹簧钢丝 Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ 0.3σb 0.4σb 0.5σb 0.5σb 0.625σb 81.5～78.5 204～202 - -40～120 强度高，性能好，适于做小弹簧 60Si2Mn 60Si2MnA 471 627 785 785 981 78.5 197 45～50 -40～200 弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧 65Si2MnWA 60Si2CrVA 560 745 931 931 1167 47～52 -40～250 强度好，耐高温，弹性好 30W4Cr2VA 442 588 735 735 920 43～47 -40～350 高温强度好，淬透性好。 50CrVA 45～50 -40～210 高疲劳强度，淬透性和回火稳定性好 不锈钢 1Cr18Ni9Ti 324 432 540 540 677 71.5 193 - -250～300 耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧 4Cr13 442 588 735 735 920 75.5 215 48～53 -40～300 耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧 Co40CrNiTiMo 500 666 834 834 1000 76.5 197 = -40～500 耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性 青铜丝 Qsi-3 265 353 442 442 550 40.2 93 HB90～120 -40～120 耐腐蚀，防磁好 QSn4-3 39.2 Qbe2 353 442 550 550 735 42.2 129.5 37～40 耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好 图2 0 -2 碳素钢丝直径与强度的关系 表20-2 主要弹簧材料及其许用应力 表20-2 主要弹簧材料及其许用应力 ...