碟形弹簧的设计_碟形弹簧的应用范围

一、标准碟簧的选择

碟形弹簧标准中(GB/T1972-2005附录),规定了D、d、t、h0和H的系列尺寸。按D/t和h0/t的不同,分为A、B、C三个系列(D/t≈18,28,40;h0/t≈0.4,0.75,1.3,以适应不同的结构尺寸、载荷大小和弹簧特性的要求。碟簧一般按载荷和变形的关系、载荷大小、结构尺寸等要求,来选择适用的标准尺寸、碟片数量或组合形式。对于承受静载荷的、符合标准规定的碟形弹簧,能满足在变形f=0.75h0时的强度要求,而不会产生塑性变形,因此不必进行强度验算。如果承受变载荷,则应核验疲劳强度。碟簧在选定尺寸和结构以后,应计算并绘制弹簧特性曲线。

二、非标碟簧的设计

设计非标准碟形弹簧时,主要的已知条件应有:载荷的大小和性质,弹簧特性曲线的形式(即载荷与变形关系),空间结构尺寸的限制条件(D,d和空间高度H)。设计需求的有:碟形弹簧的主要尺寸参数((ho,t,D和d),选定材料,确定组合形式和碟片数量,完成特性曲线及画出零件工作图。其设计步骤大致为:

1)按特性曲线的形式要求,参照图17-8选定比值ho/t,要求特性曲线近于直线时,可取ho/t≈0.5,要求具有弹簧刚度为零的变形区域时,可取ho/t≈2;;要求具有负刚度特性时,可取ho/t>/2,但此时弹簧易于产生突然压平或截锥形倒翻过来情形,引起特性线的突然改变。为避免发生这种情况,应在结构上采取一些防护措施。

厚度t较大的碟形弹簧,当ho/t过大时,相应的变形f也可能比较大,而最大应力(I点的压应力)也将增高,如果发生不能满足强度要求时,可以按强度条件另选适当的内截锥高度hoo

2)根据空间结构限制,选定D或d,并确定比值,一般取C=2。碟形弹簧单位体积材料的变形能与直径比C有关,而在C≈1.77时为最大,因此用于缓冲、吸振和储能的碟形弹簧,可取C=1.7~=1.7~2.5。如为控制装置等用的碟簧,弹簧特性有特殊要求时,则可在C=1.2525~3.5之间选取。C值大于3.5时,将使外径过大而可能超出空间尺寸对外径的限制;C值过小时,外径与内径接近,会给制造带来困难,因此通常C不小于1.25。

3)选择材料和确定许用应力。受静载荷作用的碟簧在压平时的应力σOM应接近弹簧材料的屈服极限σs。变载荷作用下的碟簧,一般选定尺寸后进行疲劳强度的核验计算,其许用应力幅应按最小应力σ和要求的使用寿命(循环次数N)来选取。

4)给定比值fmux/ho,并由应力计算公式求出满足强度要求的碟片厚度t。在计算时,各式中的值均以fmax/t=(fmax/h)(h/t)代入。求出厚度t以后,应按材料规格并考虑加工余量要求来适当调整。

5)由ho/t比值和t值求出内截锥高度hoo在变载荷下工作的碟簧还应在几何尺寸确定后,给定fmin/ho,计算Omin并由此查出疲劳强度的极限应力σmax和许用应力幅,核验其疲劳强度。

受变载荷作用的碟形弹簧,即使预加载荷较小(即初始变形较小)时,碟簧上表面的内圆周上I点也会出现疲劳裂纹。这是由于强压处理后在该点产生残余变形而存在剩余拉应力引起的。虽然这种裂纹不致因载荷增大和循环次数增加而发展到使碟簧破坏,但是也会影响到碟簧的载荷和变形的特性,因此仍应尽量避免。当fmin>(0.15~0.2)ho,I点的剩余拉应力可以消除,所以为了保证特性的稳定,提高疲劳强度,一般承受变载荷的碟簧应取fmin/ho≥0.15~0.2。从减小碟簧的应力幅,提高疲劳强度考虑,则取fmin/ho=0.25~0.60.60更为有利。

6)按载荷与变形关系的要求,确定弹簧组合方式和片数,并作为特性曲线和计算弹簧变形能。

7)绘制碟簧的零件工作图,确定各项技术要求。

由于影响碟簧载荷和变形关系的因素很多,因此在设计中为满足使用要求,常需不断调整参数t、ho和C等,或改变组合形式和片数,并进行反复试算。



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