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碟形弹簧的主要参数和力学特性及优点介绍

来源:济南弹簧厂 作者:超级管理员 发布时间:2023-01-06 09:59:24 点击量:56


一、碟形弹簧的主要参数:



h= H — 内锥高度, 单位均为 mm。



H 12(13)— 基轴制允许偏差 12(13)分别代表级别;



h 12(13) 基孔制允许偏差 12(13)分别代表级别;



A系列指 h/t ≈ 0.4 ,D/t ≈ 18,29个规格



B系列指 h/t ≈ 0.75,D/t ≈ 28,29个规格



C系列指 h/t ≈ 1.3 ,D/t ≈ 40,29个规格



二、应力、力学特性及其它一些知识



形象地说,应力就是物体抵抗外力在内部产生的力,应力有拉应力、压应力、剪切应力、弯曲应力、屈服应力、扭转应力等等。碟形弹簧应力用σσσσⅣ、σOM来标注。详见下图:



σOM是碟簧中心层中心点往上表面OM处的应力,设计碟簧时,



σOM ≤ 1400 ~ 1600 MPa



σⅠ 是碟簧内径上周的应力,设计时  3000 MPa



σⅡ 是碟簧内径下周的应力,σⅢ 是碟簧外径下周的应力,对于受动载的碟簧,它们的值分别不宜 >130012501200MPa



σⅣ 是外径上表面的应力,一般不会使碟簧产生失效。



MPa是压强应力的符号,就是N/mm2的符号。



三、碟簧可以受静载,也可以受动载,静载如当垫片用,它一可以作为紧固件,二可以作为热胀冷缩的保护件,特别在机械密封中用的多。



一般寿命次数不超过一万次。动载荷用途就多了,如存储能量、安全吸震、防松防震、自动控制等等。几乎所有机械部件中都可以用到,特别在重载荷条件下,它的单位储存能量最大。



四、碟簧的优点主要是:



1、体积小、储能大。节约空间,节约资源,使主机体积大大缩小;



2、可以用不同的h/ t来获得近似直线、渐减性、渐增性、零刚度、负刚度等曲线;



3、组合使用方便,可对合,可叠合,可又叠又对,可单独使用;



4、设计合理,可获得2×106以上寿命。



五、寿命决定因素很多,如材料、工艺、设计、使用、环境等问题。设计寿命主要决定于应力比,即σmin / σmax,在三组图中回归获得:



Ⅰ组 t ≤ 1.25 mm σσⅢ 最大等于1300 MPa



Ⅱ组 t ≥ 1.25 6mm σσⅢ 最大等于1250 MPa



Ⅲ组 t≥ 6 14mm σσⅢ 最大等于1200 MPa



寿命分为2×105×101×105<1×10四种,从GB/T1972—2005标准P22、P23的图C.9~C.11可知:横坐标为疲劳强度的下限应力σr min(N/mm2),纵坐标则为上限应力σr max,如果我们知道碟簧的最大载荷和最小载荷或最大位移与最小位移,则可求出σr minσr max ,在纵横坐标上找出相应的点,即可知道它的预期寿命是多少。为了获得高寿命,预载位移h01至少应为0.15 — 0.2h0,最大位移不宜超过0.75h0



六、我们前面提到的设计合理,所谓合理就是有如下几点原则:



1、σOM≯ 1400 ~ 1600 MP,( 材料与热处理、喷丸等工艺决定);



2、σⅠ ≯ 3000 MP



3、h/t ≯ ,如果  ,则会翻边,H0不稳定;



4、如果超应力,则不能按标准要求强压,压平五次。所谓超应力,就是σOM  1400 ~ 1600 MPσⅠ  3000 MP,此时可以限压。



七、碟形弹簧制造工艺按标准分为三种:



1、Ⅰ组碟簧,即t ≤ 1.25 mm,可用高碳钢制造,65Mn的就很好了,它的流程最简单:



这里没有任何机加工。



2、Ⅱ组碟簧即1.25 < t ≤ 6 mm,按标准不能用65Mn材料,一般应该用60Si2MnA50CrVA,流程是:



这里是内外圆都必需加工,否则冲压后的撕裂纹影响寿命。根据我国国情t > 3 mm以上难有好的冷轧板、带,如用国产热轧板,则需先对材料表面剥皮、或车或磨到一定精度,外表不能有氧化脱碳层。



3、Ⅲ组碟簧即6 < t ≥ 14 mm的碟簧,应选用锻造锥坯加工。如条件不够,则可先锻成平坯,以后再成锥。流程如下:



不论哪一组碟簧当要求高的寿命时,都应加以喷丸强化。一般喷丸是使表面清理去除氧化层,使表面潜裂纹密紧,使表层产生有效的压应力,有时还需应力喷丸和热喷丸。



八、检验碟簧必须按标准进行,半成品检验按工艺卡片。成品检验首先把碟簧强压压平三次,视其H0稳定否?合格否?然后再行检验其它尺寸和形位。测力时不论碟簧有多高多矮,但必须在高度允差范围内,测时用压至H 0.75hH 0.75h的力为依据,看其是否超过了标准或客户要求。如果做疲劳寿命试验,则必须用专用设备,如用冲床进行,要考虑加载方法、加载波形和加载频率。



九、碟簧可以单只使用,也可以组合使用。组合时可对合,可叠合,可又对又叠。单个使用一般作静态压紧的多,或起防松的用,少数作复位用。组合使用的目的就多了,可以储能,可以缓冲,可以作控制元件。对合时,每片力一样,但组合位移加大了;叠合相反,力随着叠合片数而成倍增加,但位移不变,如又对又叠,则二者都有变化。安装使用时要按照标准,两端压板及内外径导向件都必需有  55 HRC的硬度,其硬层应  0.8 mm,内外导向件都应按标准设计出对应的间隙量。使用时应根据要求选择润滑,如需要摩擦力小,则选用M0S2,如需要摩擦力大,则可喷丸,选用交美特特处理。现在还有越磨越光滑的处理工艺,即自润滑处理工艺。



十、制造碟形弹簧,标准规定用用60Si2MnA50CrVA t ≤1.25mm可以用65Mn70#T7、T8等等。根据碟簧的用途也可以选用不锈钢、耐热钢和热工钢等等。现在常用材料有:



1、弹簧钢:



65Mn、T7A、T8A、T9A、T10A、60Si2MnA、50CrVA、70Si2CVA、30W4Cr2VA;



2、不锈钢:



马氏体:3Cr13



奥氏体:301、302、316;国产牌号为:12Cr17Ni7、12Cr18Ni9、06Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2



沉淀硬化型:630、631、632;国产牌号为:05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、07Cr15Ni17Mo2Al



高弹性合金:3J21



弹性元件用合金:3J1、3J53



3、铜合金:硅青铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜、铝白铜、白铜、;



4、镍铜合金:



蒙内尔合金 NCu28-2.5-1.5;Monel400即Ni66Cu31Fe;MonelK500即Ni66Cu29Al3



5、高速工具钢:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2



6、耐高温弹性合金:



GH2132、A286,即OCr15Ni25Ti2MoVB;



GH2135、808,即OCr15Ni35W2Mo2Ti2AL2B;



GH4169、Inconel 718即NiCr19Fe18Nb5Mo3TiB;



GH4145、Inconel ×750即NiCr15Fe7NbTi2Al;



Inconel 600即Ni76Cr18Fe8;



Rene/77、U-700即NiCr15Co15Mo4Al4Ti3B;



GH4090,即Nimonic90



7、钴基合金:HS25(L-605)



8、铌基合金:55NbTiAl



金属、陶瓷、记忆合金、聚氨酯、橡胶、塑料、 玻璃纤维、碳素纤维都可以制造碟形弹簧。



十一、热处理:



我们常用的弹簧材料热处理可分为以下几类:



1、淬回火工艺:



对软态的弹簧钢都必需用上述工艺。



2、去应力退火:



对硬态的弹簧钢都必需用上述工艺。



3、时效强化工艺:



适用于沉淀硬化不锈钢和耐热钢。



4、固溶R热处理:



适用于软态的沉淀硬化不锈钢及镍基合金。


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