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碟形弹簧、蝶形垫圈必知常识

浏览数量: 15     作者: 黄俊杰     发布时间: 2022-04-08      来源: 三众弹性-百家号

前言:江苏三众弹性技术刘同胜部长参与制定碟簧国家标准,刘部长分享碟簧必知常识,帮助碟簧应用厂家技术人员更好的了解碟簧的应用知识,进一步提高应用产品的品质。


一、碟形弹簧的主要参数:

D — 外径;d — 内径;t — 厚度; H0 — 自由高度;

h0 = H0 – t — 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 h0 /t ≈ 0.4 ,D/t ≈ 18,共29个规格

B系列指 h0 /t ≈ 0.75,D/t ≈ 28,共29个规格

C系列指 h0 /t ≈ 1.3 ,D/t ≈ 40,共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σ、σ、σ、σⅣ、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

σ是碟簧内径上周的应力,设计时 3000 MPa

σ是碟簧内径下周的应力,σ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 >1300、1250、1200MPa

σ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h0 / 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 σ、σ最大等于1300 MPa

Ⅱ组 t ≥ 1.25 ~ 6mm σ、σ最大等于1250 MPa

Ⅲ组 t≥ 6 ~ 14mm σ、σ最大等于1200 MPa

寿命分为2&times;106 、5&times;105 、1&times;105和<1&times;105 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 min与σr 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 MPa ,( 材料与热处理、喷丸等工艺决定);

2、σ3000 MPa

3、h0 /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 MPa σ3000 MPa ,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:

三众碟簧流程

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:


三众弹簧流程

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:

三众G3流程

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H0 - 0.75h0 (H0 - 0.75h0 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 &times;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。


SUNZO拥有自己的研发团队和测试中心,参与了有关碟形弹簧的最新国家行业标准和国际ISO标准的制定。

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