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一、碟[Die]形彈簧的[De]主要參(Can)數:
h0 = H0 – t — 内錐[Zhui]高度, 單位[Wei]均為 mm。
H 12(13)— 基軸制允許偏[Pian]差 12(13)分别代表級别;
h 12(13)— 基孔制(Zhi)允許[Xu]偏差 12(13)分[Fen]别代表級别(Bie);
A系列指 h0 /t ≈ 0.4 ,D/t ≈ 18,共29個規格
B系(Xi)列指[Zhi] h0 /t ≈ 0.75,D/t ≈ 28,共29個規格(Ge)
C系列指 h0 /t ≈ 1.3 ,D/t ≈ 40,共29個規格
二、應力、力學特性及其它一[Yi]些知識
形象地說,應[Ying]力就是物體抵(Di)抗外力在内部産生的[De]力[Li],應力有拉應力、壓應(Ying)力、剪切應力、彎曲應力、屈服(Fu)應(Ying)力、扭轉應力等等。碟[Die]形彈簧應(Ying)力用σⅠ、σⅡ、σⅢ、σⅣ、σOM、來标注。詳見下圖:
σOM是碟簧中心層中[Zhong]心[Xin]點往上表面OM處的(De)應力,設計碟簧時(Shi),
σOM ≤ 1400 ~ 1600 MPa。
σⅠ 是[Shi]碟簧内徑上周的應力,設(She)計時 ≤ 3000 MPa。
σⅡ 是碟簧[Huang]内徑下周的[De]應力[Li],σⅢ 是碟簧外徑下周的[De]應力,對于受動載的碟簧[Huang],它們的值分别不宜[Yi] 、1250、1200MPa。
σⅣ 是外徑上(Shang)表面的應力,一般不(Bu)會使碟簧(Huang)産生失效。
MPa是壓(Ya)強應[Ying]力的符号[Hao],就是N/mm2的符(Fu)号。
三、碟簧可以受靜(Jing)載,也(Ye)可以受動載(Zai),靜[Jing]載如當墊片用,它一可以作為緊固件,二[Er]可以作為熱脹(Zhang)冷縮的保護件,特[Te]别在機[Ji]械密(Mi)封中[Zhong]用的多。
一(Yi)般壽命次數不[Bu]超過[Guo]一[Yi]萬(Wan)次。動載荷用途[Tu]就(Jiu)多了,如存儲能量[Liang]、安全吸震、防松防震、自動控制等等。幾乎所有機械部件中都可以用到,特别在重[Zhong]載荷條[Tiao]件下,它的單位儲存能量最大。
四[Si]、碟簧[Huang]的優點主要是(Shi):
1、體積小、儲能大。節約[Yue]空間,節約資源[Yuan],使主機體積大大[Da]縮小;
2、可以用不同的h0 / t來獲得近似直線、漸減性(Xing)、漸(Jian)增性、零剛度、負剛度等曲線;
3、組合使用方(Fang)便,可對合,可疊合(He),可[Ke]又疊又對,可單獨使用;
4、設計合[He]理,可獲(Huo)得2×106以上壽命。
五、壽命決定因素很多,如(Ru)材料、工藝、設計、使用、環境等問題。設計壽命主[Zhu]要決定于應力比(Bi),即σmin / σmax,在三組圖(Tu)中回(Hui)歸獲得:
Ⅰ組 t ≤ 1.25 mm σⅡ、σⅢ 最大等于(Yu)1300 MPa;
Ⅱ組 t ≥ 1.25 ~ 6mm σⅡ、σⅢ 最(Zui)大等于1250 MPa;
Ⅲ組 t≥ 6 ~ 14mm σⅡ、σⅢ 最大(Da)等于1200 MPa;
壽命分(Fen)為2×106 、5×105 、1×105和<1×105 四種,從GB/T1972—2005标準P22、P23的圖C.9~C.11可知:橫坐标為疲勞強度[Du]的下限應力σr min(N/mm2),縱[Zong]坐标則為上限應(Ying)力σr max,如果[Guo]我們(Men)知道碟簧的[De]最大載(Zai)荷和最小載荷或最大位移與最小位移(Yi),則可求出σr min與σr max ,在(Zai)縱橫坐标上找[Zhao]出相應的點,即(Ji)可知道(Dao)它的預期壽命是多少。為(Wei)了獲得高壽命,預載位移h01至少應為0.15 — 0.2h0,最[Zui]大位(Wei)移不宜超過0.75h0。
六[Liu]、我們前面[Mian]提到[Dao]的設計合理(Li),所(Suo)謂合理就是有如下幾點原則:
1、σOM≯ 1400 ~ 1600 MPa ,( 材料與熱處理、噴丸[Wan]等工藝決[Jue]定);
2、σⅠ ≯ 3000 MPa ;
3、h0 /t ≯ ,如果[Guo] > ,則會翻邊,H0不穩定;
4、如果超應力,則不能按标準要求強(Qiang)壓,壓[Ya]平五次。所[Suo]謂[Wei]超應力,就是σOM > 1400 ~ 1600 MPa ,σⅠ > 3000 MPa ,此時(Shi)可以限壓。
七、碟形彈簧制造工藝(Yi)按标準(Zhun)分為[Wei]三種:
1、Ⅰ組碟簧,即t ≤ 1.25 mm,可用高碳[Tan]鋼制造,65Mn的就很好了,它的流程最簡[Jian]單:
這裡沒有任(Ren)何機加工[Gong]。
2、Ⅱ組[Zu]碟簧即1.25 < t ≤ 6 mm,按标(Biao)準不能用65Mn材(Cai)料[Liao],一般應該[Gai]用60Si2MnA或(Huo)50CrVA,流程是:
這裡是内外[Wai]圓都(Dou)必需[Xu]加[Jia]工,否則沖壓[Ya]後的撕裂紋影響壽(Shou)命。根[Gen]據我國國情(Qing)t > 3 mm以上難有好的冷軋闆[Pan]、帶,如用國産熱[Re]軋闆,則需先對(Dui)材料表面[Mian]剝皮[Pi]、或車或[Huo]磨到一[Yi]定精度,外表不(Bu)能有氧化脫碳層。
3、Ⅲ組碟簧即6 < t ≥ 14 mm的碟簧,應選[Xuan]用鍛造錐坯加工。如(Ru)條件[Jian]不夠,則可先(Xian)鍛成平坯,以後再成錐。流[Liu]程[Cheng]如下:
不論哪一組碟(Die)簧當要求[Qiu]高的壽命(Ming)時,都應加以噴丸強化。一般噴丸是(Shi)使表面清理去除氧化層[Ceng],使表(Biao)面潛裂紋密緊[Jin],使(Shi)表層産生有效的(De)壓應力(Li),有時[Shi]還需應力噴(Pen)丸和熱噴丸。
八(Ba)、檢驗碟簧必須[Xu]按标(Biao)準進行,半[Ban]成品檢驗按工(Gong)藝卡片。成品檢驗首先(Xian)把碟簧強壓(Ya)壓平三次,視(Shi)其(Qi)H0穩定否?合(He)格否?然後再行檢驗其它(Ta)尺寸[Cun]和形位。測力時不論(Lun)碟簧[Huang]有多高(Gao)多矮,但必須(Xu)在高度允差範(Fan)圍内(Nei),測時用壓至H0 - 0.75h0 或∑(H0 - 0.75h0 )的力[Li]為依據,看其是(Shi)否超[Chao]過[Guo]了标準或客戶要求。如果做疲勞壽命[Ming]試驗,則必須用專用設備,如用沖床進[Jin]行,要考慮加載方法、加載波形和加載頻[Pin]率。
九、碟簧可以單隻使用,也可以(Yi)組合使用。組合時可(Ke)對合,可[Ke]疊合,可又對[Dui]又疊[Die]。單個使[Shi]用一般作靜态壓緊的多,或起防松的(De)用,少數作複位用。組合使[Shi]用的(De)目的就多了,可以儲[Chu]能,可以緩沖,可以作控制元件。對合時,每片力一樣,但組[Zu]合位移加大了[Le];疊[Die]合相反,力随着疊(Die)合片數而(Er)成倍增加,但位移不變,如又對又疊,則二者都有變(Bian)化。安裝使用時要按照标[Biao]準,兩端壓闆及内外徑導向件都必[Bi]需有 > 55 HRC的硬度,其[Qi]硬層(Ceng)應 > 0.8 mm,内外導向件都[Dou]應按标準設計出(Chu)對應的間隙量。使(Shi)用時應根據要求(Qiu)選擇潤滑,如需要摩擦力[Li]小,則選用M0S2,如(Ru)需要摩擦力[Li]大(Da),則可噴丸(Wan),選用交(Jiao)美特特處理。現在還有越磨越(Yue)光滑的處(Chu)理工藝,即自潤滑處理工藝。
十[Shi]、制造碟形[Xing]彈簧,标準(Zhun)規(Gui)定用用60Si2MnA和50CrVA 。t ≤1.25mm可[Ke]以用65Mn或70#、T7、T8等等。根(Gen)據碟簧的用途也可以選用不鏽鋼、耐熱(Re)鋼和熱工鋼等等。現[Xian]在常用材料有[You]:
1、彈簧鋼:
65Mn、T7A、T8A、T9A、T10A、60Si2MnA、50CrVA、70Si2CVA、30W4Cr2VA;
2、不(Bu)鏽鋼:
馬氏體[Ti]:3Cr13;
奧氏體:301、302、316;國産牌号為:12Cr17Ni7、12Cr18Ni9、06Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2;
沉[Chen]澱[Dian]硬化型:630、631、632;國産牌号[Hao]為[Wei]:05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、07Cr15Ni17Mo2Al;
高彈性(Xing)合金:3J21;
彈性[Xing]元件(Jian)用合金:3J1、3J53;
3、銅合金[Jin]:矽青銅、錫青銅、鋁[Lü]青銅、铍青銅[Tong]、鋁白銅、白銅、;
4、鎳銅合金:
蒙(Meng)内爾合金 NCu28-2.5-1.5;Monel400即Ni66Cu31Fe;MonelK500即Ni66Cu29Al3;
5、高速工具(Ju)鋼:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2;
6、耐(Nai)高溫彈性合金[Jin]:
GH2132、A286,即(Ji)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[Gu]基合金:HS25(L-605);
8、铌基合金:55NbTiAl;
金屬、陶瓷、記憶合[He]金、聚氨酯、橡膠、塑料、 玻璃[Li]纖維、碳素纖維都可[Ke]以制造碟形彈簧。
十一、熱處理:
我們常用[Yong]的(De)彈簧材料熱(Re)處理(Li)可分為以下幾類:
1、淬回火工藝:
對[Dui]軟态的彈簧鋼都必需用上述工藝。
2、去(Qu)應力退火:
對硬态的彈簧(Huang)鋼都必需(Xu)用上述工藝。
3、時[Shi]效強化工(Gong)藝(Yi):
适用于沉澱(Dian)硬化不鏽鋼(Gang)和耐熱鋼。
4、固溶R熱[Re]處理:
适用于軟态的沉澱[Dian]硬化不鏽(Xiu)鋼及鎳基[Ji]合金。