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彈簧的強(qiáng)度和剛度的理論理解

作者:卡塔羅彈簧  發(fā)布時(shí)間:2023-02-01 16:06:14

     我們經(jīng)常形容彈簧的強(qiáng)度和剛度,可是很多不了解彈簧的人,就不是很了解強(qiáng)度和剛度的區(qū)別。為了保證彈簧的正常工作,保證其中機(jī)器的其他每個(gè)零部件或者構(gòu)件都能夠正常的工作。彈簧設(shè)計(jì)工程師安全設(shè)計(jì)的任務(wù)就是保證彈簧具有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。

下面總結(jié)了一份材料力學(xué)強(qiáng)度和剛度知識(shí)點(diǎn)供大家參考。

彈簧定制

強(qiáng)度:
      定義:構(gòu)件或者零部件在外力作用下,抵御破壞(斷裂)或者顯著變形的能力。提取關(guān)鍵字,破壞斷裂,顯著變形。
      比如說我把ipad當(dāng)成了體重秤,站上去,ipad屏幕裂了,這就是強(qiáng)度不夠。比如三亞每年的夏天看海時(shí)許多大樹枝被風(fēng)吹斷,這也是強(qiáng)度不夠。
     強(qiáng)度是反映材料發(fā)生斷裂等破壞時(shí)的參數(shù),強(qiáng)度一般有抗拉強(qiáng)度,抗壓強(qiáng)度等,就是當(dāng)應(yīng)力達(dá)到多少時(shí)材料發(fā)生破壞的量,強(qiáng)度單位一般是兆帕。
      脆性斷裂:在沒有明顯的塑形變形情況下發(fā)生的突然斷裂。如鑄鐵試件在拉伸時(shí)沿橫截面的斷裂和圓截面鑄鐵試件在扭轉(zhuǎn)時(shí)沿斜截面的斷裂。
      塑形屈服:材料產(chǎn)生顯著的塑形變形而使構(gòu)件喪失工作能力,如低碳鋼試樣在拉伸或扭轉(zhuǎn)時(shí)都會(huì)發(fā)生顯著的塑形變形。
強(qiáng)度理論

1.最大拉應(yīng)力理論:

  只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的最大拉應(yīng)力σ1達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限應(yīng)力σb,材料就要發(fā)生脆性斷裂。危險(xiǎn)點(diǎn)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂破壞的條件是:σ1b

所以按第一強(qiáng)度理論建立的強(qiáng)度條件為:σ1≤[σ] 。
2. 最大拉應(yīng)變理論:
     只要最大拉應(yīng)變ε1達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限值εu,材料就要發(fā)生脆性斷裂破壞。ε1=σu
由廣義胡克定律得:ε1=[σ1-ν23)]/E,所以σ1-ν(σ23)=σb。
     按第二強(qiáng)度理論建立的強(qiáng)度條件為:σ1-ν(σ23)≤[σ]。
3. 最大切應(yīng)力理論:
    只要最大切應(yīng)力τmax達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限切應(yīng)力τ0,材料就要發(fā)生屈服破壞。τmax=τ0
    依軸向拉伸斜截面上的應(yīng)力公式可知τ0=σs/2(σs——橫截面上的正應(yīng)力)由公式得:τmax=(σ13)/2。所以破壞條件改寫為σ1-σ3=σs。
    按第三強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件為:σ1-σ3≤[σ]。
4. 形狀改變比能理論:
     只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的形狀改變比能達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限值,材料就要發(fā)生屈服破壞。
所以按第四強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件為:sqrt(σ12+σ22+σ32-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ]。

剛度:
     定義:指構(gòu)件或者零件在外力作用下,抵御彈性變形或者位移的能力,即彈性變形或者唯一不應(yīng)該超過工程允許的范圍。
     剛度是反映結(jié)構(gòu)變形與力的大小關(guān)系的參數(shù),即結(jié)構(gòu)受多大力產(chǎn)生多少變形的量,簡單說,就是一根彈簧,拉力除以伸長量就是彈簧的剛度。剛度單位一般是N/m。
     剛度類型:當(dāng)所作用的載荷是恒定載荷時(shí)稱為靜剛度;為交變載荷時(shí)則稱為動(dòng)剛度。靜剛度主要包括結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。結(jié)構(gòu)剛度即指構(gòu)件自身的剛度,主要有彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。
1. 彎曲剛度k按下式計(jì)算:
k=P/δ
式中 P——靜載荷(N);
δ——在載荷方向的彈性變形(μm)。
2. 扭轉(zhuǎn)剛度kM按下式計(jì)算:
kM=ML/θ
式中M——作用的扭矩(N·m);
L——扭矩作用處到固定端的距離(m);θ——扭轉(zhuǎn)角(°)

  通過對(duì)上述關(guān)于彈簧強(qiáng)度和剛度的理論理解,相對(duì)于剛度,強(qiáng)度的定義針對(duì)的是外力作用下的破壞,而破壞類型的分類為塑形屈服及脆性斷裂。

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