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碟形弹簧基础知识

浏览数量: 111     作者: 黄俊杰     发布时间: 2022-04-08      来源: 本站

江苏三众弹性技术刘部长为大家科普碟簧基础知识:



一、 定义

碟形弹簧简称碟簧,犹如一只无底的金属盘子,可以承受轴向载荷,常用金属钢带、钢板或锻坯加工而成的弹性元件。

二、 碟簧特点

1) 在负荷作用方向上尺寸较小,且能在很小变形时承受很大负荷,轴向的空间紧凑,具有较大变形能。

2) 具有变刚度特性,根据不同的h0/t,可得到近似直线,渐减型、渐增型、零刚度乃至负刚度的特性。

3) 组合自由、方便,可以标准化生产,使用、维修、管理方便。

三、 结构形式

普通碟簧根据支承结构分为无支承面及有支承面两种,如图(1

三众弹性 

                            1

 

四、 碟簧的技术要求

1) 材料在GB/T1972-2005标准中推荐使用60Si2MnA50CrVA材料,也可以选用不锈钢、耐热钢或其他铜合金、钛合金、镍基、钴基合金等。

2) 尺寸与形位的极限偏差:

我国标准将碟簧的尺寸、负荷精度分为一级和二级精度。尺寸包括直径(内、外径)、厚度、自由高度。

3) 形位极限偏差:我国标准没有,但德国DIN2093有要求,如同心度,D502.1T11  ;D50时,为2.1T12。国标只有表面粗糙度,这些具体数据都在GB/T1972-2005

    中载明。

4) 表面处理、热处理、强压处理都有明确要求。表面不论是氧化、磷化都不允许有对使用有害的毛刺、裂纹和伤痕缺陷。需淬、回火处理的,淬火次数不得超过两次,硬度在42HRC~52HRC中间,单边脱碳层深度对1类碟簧不应超过其厚度的5%23类碟簧不应超过其厚度的3%(最大不超过0.15mm.

5) 强压处理是必须的工序。处理方法是用2Ff=0.75h0的负荷压缩弹簧,持续时间12h,或短时压缩,压缩次数≮5次。

6) 特殊表面防腐处理以及强化处理特殊技术要求(如疲劳、松弛、蠕变等)均由双方协议规定,不作为国家标准硬性规定。

五、 根据国家标准要求,碟簧制造工艺及其厚度分为三组:

Ⅰ组  厚度t<1.25mm

Ⅱ组  厚度t<1.25~6mm

Ⅲ组  厚度t>6mm

Ⅰ组生产工艺流程是:冲坯→热处理→强压→表面处理→终检→包装

Ⅱ组生产工艺流程是:冲坯→机加工内外径→热处理→强压→表面处理→终检→包装

Ⅲ组生产工艺流程是:冲坯→全加工(外径、内径、平面)→热处理→强压→表面处理→终检→包装

每道工序都有过程检验。终检时必须按照国家标准或工艺文件进行全面试检。

六、 碟簧试验与检查的相关知识

    a.应用深度尺测碟簧自由高度

   碟形弹簧的尺寸检查有外径、内径、自由高度和厚度。检查依据是产品图样(成品),工艺卡(半成品)和技术标准(标准件成品)。标准碟簧产品如未注明精度要求,一般均按Ⅱ级精度检查。如注明为Ⅰ级精度,则应按Ⅰ级精度检查。凡出口碟簧,一般都按DIN2093“碟簧尺寸”标准检查,与我国GB/T1972“碟形弹簧”Ⅰ级精度等同。工艺卡或工序卡中注明的尺寸允差是工艺设计者制定的,它为了保证产品的质量,可能会用自己的实践经验或企业标准、内控标准要求,所以检查时必须按工艺卡(或工序卡)检查。

碟形弹簧在检查高度尺寸时,应用0.02mm的深度游标卡尺。测量时,游标卡尺的测量爪与碟簧的上端面需轻轻接触,不能施以很大压力。以免影响结果的准确性。规定以碟簧的最高点作为碟簧的自由高。对于有弹簧高度自动分选机检查的,则它会将合格、超高、欠高三类分别隔离以便返工。

b.应用游标卡测量碟簧厚度、内孔及外圆尺寸

   测量厚度需要厚度千分尺检查,不能用常见的外圆千分尺检查。因与碟形弹簧压成形、热处理和强压以后,上下两个锥面会变形,可能上凸,也可能下凹。不再是一对平行直线,所以,用常见的外圆千分尺检查会将挠曲的弦也量入,使之比真实厚度加厚,因此只能用两端尖点的厚度千分卡检查。

内外径检查用0.02mm的游标卡检查。外径以最大值为准,内径以其最小值为准。对于生产批量的的碟簧,常用通止规检查。检查碟簧内外径的依据和检查高度一样,分为成品、半成品,也按国标、工艺卡(工序卡)或产品标准检查。

c.用平板与塞尺相结合检查碟簧支承面平度

GB/T1972-2005“碟形弹簧”国家标准未对碟形弹簧支承面平度有要求。但GB/1972-80老标准的技术要求中提到碟簧两支承面的平行度不得大于(表1)的规定:

                                       1

精度要求

外径D

818

>1840

>4063

>63~100

>100~160

>160~250

>250~450

平行度

1

0.04

0.05

0.06

0.08

0.10

0.12

0.15

2

0.06

0.08

0.10

0.12

0.15

0.20

0.25

碟簧支承面(A型为圆线)与检查平台间的最大间隙不得大于表的规定,间隙的累加总弧长不得大于圆周长的1/3(检查间隙可在2%Pf=0.75h0的负荷下进行,但最大不超过30kgf

检查碟簧支承面平度只需检查外径支承面,将碟簧放置量在平板上(Ⅱ级精度即可),用厚度为0.02mm的塞尺进塞缝(根据其刚度结构,可在2%Pf=0.75ho的负荷下进行,不超过30kgf),对应上表判定合格不合格,同时还可测其累加总弧长是否>总长的1/3,如大于则判为不合格。

 

d.检查碟簧成形缺陷

碟形弹簧成形后,应是一个圆锥体,在圆锥面实际上很难是一个平面,往往这个面上的每条半径线都是弯曲的。(除了锻坯削后的锥面是一直线,只是半成品)如果曲线上弯,则碟簧所测之力便大,反之便小,因此不宜太弯。如果试样发现力值超差,除了厚度主要因素外,往往这个曲率是其关键影响因素。

新标准GB/T1972-2005对支承面宽度没有提出技术要求,,老标准GB1972-80提出-0.5b+1b的允差,实际上对此可不必苛求,主要是支承面宽窄影响着力F的大小。越宽,力F越大;反之,力F减少。由于碟形弹簧成形工装设计不当或操作不按工艺,会造成同一片碟簧上支承面宽窄不一,因此检查出明显不一时需向生产者发出警告。

3.5.2.2弹簧负荷、刚度检查

碟形弹簧负荷及刚度曲线

碟形弹簧与普通圆柱螺旋弹簧不同,一般不能使变形和负荷成虎克定律,P-f不是一根直线。碟形弹簧P-f曲线是根据ho/t来决定的。标准碟簧A系列ho/t=0.4,近似一根直线,B系列ho/t=0.75为一渐减性曲线,C系列碟簧ho/t=1.3,如果ho/t>1.3,此时的碟形弹簧受力状态就不稳定了,在强压和测力时会翻边,测力曲线会发生突变。ho/t再增大,还会产生零刚度和负刚度曲线,具体见图(2

三众弹性3 

              2                                 3

 

为什么国家标准规定的P值一定要在Pf=0.75ho检查呢?其原因主要是标准推荐的计算公式和实际测定值是有差别的,如图(3)所示,只有在Pf=0.6hoPf=0.8ho之间比较吻合。f<0.6ho时,实测值小于理论偏值,f>0.8ho实测值大于理论值,加之对交变负荷作用的f不宜>0.75ho以上,所以认定为Pf=0.75ho为宜。

组合检查时要用专用压具,其导向件单边间隙要符合表(2)的规定。导向件导向表面的硬度最低不小于55HRC,导向件表面粗糙度Ra<3.2μm

                                 2

dD

间隙

dD

间隙

16

0.2

>31.5~50

0.6

>16~20

0.3

>50~80

0.8

>20~26

0.4

>80~140

1

>26~31.5

0.5

>140~250

1.6

 

七、碟形弹簧的检查

    碟簧的几何尺寸、特性、疲劳试验应在永久变形检验后进行。

1)几何尺寸

11  厚度

      碟簧的厚度用千分尺在碟簧中心处沿圆周测量至少3点,取最大值。

12  直径

      碟簧的直径用分度值小于002 mm的游标卡尺测量,圆周范围内至少测量3点,外径取最大值,内径取最小值。

13  自由高度

      碟簧的自由高度在二级精度平台上,用分度值小于002 mm的游标深度尺测量。圆周范围内至少测量3点,取最大值。

2) 特性

21  负荷

211  单片碟簧

    单片碟簧的负荷在精度不低于1%的试验机上进行,测量加载到Ho075 h。时的负荷或Ho075h0·i(i10片,对合组合)时的负荷,试验时要用润滑剂,两端的压板硬度必须在52 HRC以上,表面粗糙度Ra1.6μm

212  组合碟簧

    组合碟簧的负荷在精度不低于1%的试验机上进行,测量加载和卸载到H0075 ho·i(即指定高度)时的负荷。试验时要用润滑剂,两端的压板硬度必须在52 HRC以上,表面粗糙度Ra<16μm;导向件应符合国标中的要求。组合碟簧的试验要求由供需双方协议规定。

22  永久变形

    碟簧的永久变形在试验机上用两倍的/f075h。时的负荷将成品碟簧压缩3次,测量第2次和第3次压缩后的自由高度,其差值即为永久变形量。永久变形检验后碟簧的自由高度应符合国标规定限偏差范围内。

23  硬度

    碟簧硬度按GBT2301GBT43401的规定,厚度<1 mm,在维氏(或表面洛氏)硬度计上进行;厚度≥1 mm,在洛氏硬度计上进行。试验压痕应在碟簧上表面的中心处。每件打4点,第1点不考核,取后3点的平均值。

24  脱碳检验

    碟簧脱碳层深度按GBT 224的规定进行。

3)表面质量

    碟簧的表面质量用10倍放大镜,目测检查。

4) 表面粗糙度

    碟簧的表面粗糙度用粗糙度比较样块检验。

5) 防腐

    碟簧表面防腐按选定防腐方法的相关规定检验。

6) 疲劳试验

61  单片碟簧

单片碟簧在疲劳试验机上用等幅正弦波负荷进行试验。试验可以单片进行,也可以由小于或等于10片的样本对合成一组进行。试验前必须加预压,其单片变形量f0=(0.15~0.2)H0

6.2 组合碟簧   

 组合碟簧的疲劳试验由供需双方协议规定。

八、检验规则

1. 缺陷分类

1.1 A缺陷项目:疲劳,脱碳,硬度。

1.2 B缺陷项目:Ho-0.75h0时负荷,内径、外径、永久变形。

1.3 C缺陷项目:厚度,自由高度,表面质量,表面粗糙度。

2. 检查水平

碟簧产品检查按GB/T2828.1中特殊检查水平S-4

样本大小字码、抽样方案、合格质量水平、检验分类具体见GB/T1972-2005规定,这里要强调的是型式检验。有下列情况之一时,应进行型式检验:

a) 新产品试制鉴定时;

b) 正式生产后,材料、工艺有较大改变,可能影响产品性能时;

c) 产品停产两年后,恢复生产时。

型式检验项目为:A缺陷项目中的脱碳、硬度及BC缺陷项目


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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