彈簧的強度和剛度的理論理解
作者：卡塔羅彈簧 發(fā)布時間：2023-02-01 16:06:14
我們經常形容彈簧的強度和剛度，可是很多不了解彈簧的人，就不是很了解強度和剛度的區(qū)別。為了保證彈簧的正常工作，保證其中機器的其他每個零部件或者構件都能夠正常的工作。彈簧設計工程師安全設計的任務就是保證彈簧具有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性。
下面總結了一份材料力學強度和剛度知識點供大家參考。
定義：構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。提取關鍵字，破壞斷裂，顯著變形。
比如說我把ipad當成了體重秤，站上去，ipad屏幕裂了，這就是強度不夠。比如三亞每年的夏天看海時許多大樹枝被風吹斷，這也是強度不夠。
強度是反映材料發(fā)生斷裂等破壞時的參數(shù)，強度一般有抗拉強度，抗壓強度等，就是當應力達到多少時材料發(fā)生破壞的量，強度單位一般是兆帕。
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沿橫截面的斷裂和圓截面鑄鐵試件在扭轉時沿斜截面的斷裂。
塑形屈服：材料產生顯著的塑形變形而使構件喪失工作能力，如低碳鋼試樣在拉伸或扭轉時都會發(fā)生顯著的塑形變形。
強度理論.
1.最大拉應力理論：
只要構件內一點處的最大拉應力σ1達到單向應力狀態(tài)下的極限應力σb，材料就要發(fā)生脆性斷裂。危險點處于復雜應力狀態(tài)的構件發(fā)生脆性斷裂破壞的條件是：σ1=σb。
所以按第一強度理論建立的強度條件為：σ1≤[σ] 。2. 最大拉應變理論：
只要最大拉應變ε1達到單向應力狀態(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-ν(σ2+σ3)]/E，所以σ1-ν(σ2+σ3)=σb。
按第二強度理論建立的強度條件為：σ1-ν(σ2+σ3)≤[σ]。
3. 最大切應力理論：
只要最大切應力τmax達到單向應力狀態(tài)下的極限切應力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力公式可知τ0=σs/2（σs——橫截面上的正應力）由公式得：τmax=（σ1-σ3）/2。所以破壞條件改寫為σ1-σ3=σs。
按第三強度理論的強度條件為：σ1-σ3≤[σ]。
4. 形狀改變比能理論：
只要構件內一點處的形狀改變比能達到單向應力狀態(tài)下的極限值，材料就要發(fā)生屈服破壞。
所以按第四強度理論的強度條件為：sqrt(σ12+σ22+σ32-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ]。
剛度：
定義：指構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該超過工程允許的范圍。
剛度是反映結構變形與力的大小關系的參數(shù)，即結構受多大力產生多少變形的量，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：當所作用的載荷是恒定載荷時稱為靜剛度;為交變載荷時則稱為動剛度。靜剛度主要包括結構剛度和接觸剛度。結構剛度即指構件自身的剛度，主要有彎曲剛度和扭轉剛度。
1. 彎曲剛度k按下式計算：
k=P/δ
式中 P——靜載荷(N);
δ——在載荷方向的彈性變形(μm)。
2. 扭轉剛度kM按下式計算：
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——扭轉角(°)
通過對上述關于彈簧強度和剛度的理論理解，相對于剛度，強度的定義針對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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