机械设计第十八章课后习题答案

18-1解1）弹簧丝最大剪应力取时对应着最大工作载荷由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得；由弹簧丝直径查教材表18-2得。故由式（18-2）可解得最大工作载荷将，及由教材图18-6查得代入上式，得在作用下的变形量即为最大变形量，由式（18-4）得2）采用端部磨平结构时，设两端各有3/4圈并紧，其有效圈数为圈则其并紧高度将代入自由高度计算式，得其自由高度3）验算稳定性符合稳定性要求。18-2解（1）初选弹簧丝直径根据对结构尺寸的限制条件，此弹簧的内径应，弹簧外径应，故弹簧丝直径，初选（2）确定许用应力弹簧用碳素钢丝组制造，承受冲击载荷，由教材表18-1、表18-2查得（3）确定弹簧丝直径由式（18-2）可解得因，取，则，查教材图18-6得，将各值代入上式，得说明取的碳素钢丝满足强度要求。（4）确定弹簧有效圈数由式（18-5）得将弹簧的刚度代入上式，得圈，取圈（5）计算弹簧的其他尺寸弹簧内径：弹簧外径：弹簧间距：，弹簧节距：螺旋升角：弹簧总圈数：两端各并紧3/4圈磨平，则圈弹簧丝的展开长度：自由高度：安装高度：（6）验算弹簧的稳定性符合稳定性要求。18-3解1）弹簧储存的变形能为：由题意可知，，，代入上式可得则弹簧刚度：2）由，查教材表18-1得代入式（18-2）得说明此弹簧的强度足够。3）弹簧的有效圈数：圈18-4解1）由弹簧的材料、载荷性质查教材表18-1得，且弹簧中径由旋绕比，查教材表18-1得则极限载荷由于，所以在最大工作载荷作用时弹簧不会拉断。2）由式（18-5）得弹簧刚度则弹簧的工作行程18-5解1）计算初拉力由弹簧的刚度公式可得将已知数据代入上式：得：2）因两根弹簧的尺寸完全相同，故其刚度也完全相同没有初拉力的弹簧在时的伸长量：故此时弹簧高度18-6解（1）初选弹簧丝直径。（2）确定材料的许用应力由题意知弹簧材料为碳素弹簧，载荷性质为静载，按Ⅲ类载荷计算，查教材表18-1及表18-2得（3）初估弹簧中径，由弹簧中径标准系列可取。（4）根据弹簧强度确定弹簧丝直径由式（18-2）可解得由，查教材图18-6得，将各值代入上式得说明取的碳素钢丝满足强度要求。（5）确定弹簧有效圈数由式（18-5）得将弹簧的刚度代入上式，得圈（5）计算弹簧的其他尺寸弹簧内径：弹簧外径：弹簧间距：，取弹簧节距：螺旋升角：（在5°～9°之间）弹簧总圈数：两端各并紧3/4圈磨平,则圈弹簧丝的展开长度：自由高度：（6）验算弹簧的稳定性在弹簧内部有导向杆的条件下,虽高径比略高出许用值,也可满足稳定性。(7)讨论本解选用的材料是Ⅲ组碳素弹簧钢丝,其许用应力较小,在此条件下,设计出的弹簧体积可能不是最优的。若选用强度好的Ⅰ或Ⅱ组碳素弹簧钢丝，尺寸会更小，更符合本题意。18-7解1）选取弹簧旋绕比，则当门转到180°时，弹簧承受最大转矩，由式（18-8）得将及代入上式，得取弹簧丝直径，则弹簧中径，符合弹簧中径标准系列。2）计算弹簧的有效圈数因初始转矩，则由式（18-9）可得，取圈3）所需初始扭转角