應(yīng)知碟簧基本知識

一、碟形彈簧的主要參數(shù)：

D — 外徑；d — 內(nèi)徑；t — 厚度； H₀ — 自由高度；

h₀  = H₀ – t — 內(nèi)錐高度， 單位均為 mm。

H 12（13） —  基軸制允許偏差   12（13）分別代表級別；

h 12（13） —  基孔制允許偏差   12（13）分別代表級別；

A系列指  h₀ /t ≈ 0.4 ，D/t ≈ 18，共29個規(guī)格

B系列指  h₀ /t ≈ 0.75，D/t ≈ 28，共29個規(guī)格

C系列指  h₀ /t ≈ 1.3 ，D/t ≈ 40，共29個規(guī)格

二、應(yīng)力、力學(xué)特性及其它一些知識

形象地說，應(yīng)力就是物體抵抗外力在內(nèi)部產(chǎn)生的力，應(yīng)力有拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、屈服應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等等。碟形彈簧應(yīng)力用σ_Ⅰ、σ_Ⅱ、σ_Ⅲ、σ_Ⅳ、σ_OM、來標(biāo)注。詳見下圖：

σ_OM是碟簧中心層中心點往上表面OM處的應(yīng)力，設(shè)計碟簧時，

σ_OM  ≤ 1400 ~ 1600 MPa。

σ_Ⅰ 是碟簧內(nèi)徑上周的應(yīng)力，設(shè)計時 ≤ 3000 MPa。

σ_Ⅱ 是碟簧內(nèi)徑下周的應(yīng)力，σ_Ⅲ 是碟簧外徑下周的應(yīng)力，對于受動載的碟簧，它們的值分別不宜 >1300、1250、1200MP_a。

σ_Ⅳ 是外徑上表面的應(yīng)力，一般不會使碟簧產(chǎn)生失效。

MPa是壓強應(yīng)力的符號，就是N/mm²的符號。

三、碟簧可以受靜載，也可以受動載，靜載如當(dāng)墊片用，它一可以作為緊固件，二可以作為熱脹冷縮的保護(hù)件，特別在機械密封中用的多。

一般壽命次數(shù)不超過一萬次。動載荷用途就多了，如存儲能量、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，特別在重載荷條件下，它的單位儲存能量最大。

四、碟簧的優(yōu)點主要是：

1、體積小、儲能大。節(jié)約空間，節(jié)約資源，使主機體積大大縮小；

2、可以用不同的h₀  / t來獲得近似直線、漸減性、漸增性、零剛度、負(fù)剛度等曲線；

3、組合使用方便，可對合，可疊合，可又疊又對，可單獨使用；

4、設(shè)計合理，可獲得2×10⁶以上壽命。

五、壽命決定因素很多，如材料、工藝、設(shè)計、使用、環(huán)境等問題。設(shè)計壽命主要決定于應(yīng)力比，即σ_{min  /} σ_max，在三組圖中回歸獲得：

Ⅰ組   t ≤ 1.25 mm      σ_Ⅱ、σ_Ⅲ 最大等于1300 MPa；

Ⅱ組  t ≥ 1.25  ~  6mm  σ_Ⅱ、σ_Ⅲ 最大等于1250 MPa；

Ⅲ組   t≥ 6  ~  14mm    σ_Ⅱ、σ_Ⅲ 最大等于1200 MPa；

壽命分為2×10⁶ 、5×10⁵ 、1×10⁵和<1×10⁵ 四種，從GB/T1972—2005標(biāo)準(zhǔn)P22、P23的圖C.9～C.11可知：橫坐標(biāo)為疲勞強度的下限應(yīng)力σ_{r min}(N/mm²)，縱坐標(biāo)則為上限應(yīng)力σ_{r max}，如果我們知道碟簧的最大載荷和最小載荷或最大位移與最小位移，則可求出σ_{r min}與σ_{r max} ,在縱橫坐標(biāo)上找出相應(yīng)的點，即可知道它的預(yù)期壽命是多少。為了獲得高壽命，預(yù)載位移h₀₁至少應(yīng)為0.15 — 0.2h₀，最大位移不宜超過0.75h₀。

六、我們前面提到的設(shè)計合理，所謂合理就是有如下幾點原則：

1、σ_OM ≯ 1400 ~ 1600 MPa ，（ 材料與熱處理、噴丸等工藝決定）；

2、σ_Ⅰ ≯ 3000 MPa ；

3、h₀ /t ≯ ，如果 ＞ ，則會翻邊，H₀不穩(wěn)定；

4、如果超應(yīng)力，則不能按標(biāo)準(zhǔn)要求強壓，壓平五次。所謂超應(yīng)力，就是σ_OM ＞ 1400 ~ 1600 MPa ，σ_Ⅰ ＞ 3000 MPa ，此時可以限壓。

七、碟形彈簧制造工藝按標(biāo)準(zhǔn)分為三種：

1、Ⅰ組碟簧，即t ≤ 1.25 mm，可用高碳鋼制造，65Mn的就很好了，它的流程最簡單：

這里沒有任何機加工。

2、Ⅱ組碟簧即1.25 ＜ t ≤ 6 mm，按標(biāo)準(zhǔn)不能用65Mn材料，一般應(yīng)該用60Si2MnA或50CrVA，流程是：

這里是內(nèi)外圓都必需加工，否則沖壓后的撕裂紋影響壽命。根據(jù)我國國情t ＞ 3 mm以上難有好的冷軋板、帶，如用國產(chǎn)熱軋板，則需先對材料表面剝皮、或車或磨到一定精度，外表不能有氧化脫碳層。

3、Ⅲ組碟簧即6 ＜ t ≥ 14 mm的碟簧，應(yīng)選用鍛造錐坯加工。如條件不夠，則可先鍛成平坯，以后再成錐。流程如下：

不論哪一組碟簧當(dāng)要求高的壽命時，都應(yīng)加以噴丸強化。一般噴丸是使表面清理去除氧化層，使表面潛裂紋密緊，使表層產(chǎn)生有效的壓應(yīng)力，有時還需應(yīng)力噴丸和熱噴丸。

八、檢驗碟簧必須按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，半成品檢驗按工藝卡片。成品檢驗首先把碟簧強壓壓平三次，視其H₀穩(wěn)定否？合格否？然后再行檢驗其它尺寸和形位。測力時不論碟簧有多高多矮，但必須在高度允差范圍內(nèi)，測時用壓至H₀ － 0.75h₀ 或∑（H₀ － 0.75h₀ ）的力為依據(jù)，看其是否超過了標(biāo)準(zhǔn)或客戶要求。如果做疲勞壽命試驗，則必須用專用設(shè)備，如用沖床進(jìn)行，要考慮加載方法、加載波形和加載頻率。

九、碟簧可以單只使用，也可以組合使用。組合時可對合，可疊合，可又對又疊。單個使用一般作靜態(tài)壓緊的多，或起防松的用，少數(shù)作復(fù)位用。組合使用的目的就多了，可以儲能，可以緩沖，可以作控制元件。對合時，每片力一樣，但組合位移加大了；疊合相反，力隨著疊合片數(shù)而成倍增加，但位移不變，如又對又疊，則二者都有變化。安裝使用時要按照標(biāo)準(zhǔn)，兩端壓板及內(nèi)外徑導(dǎo)向件都必需有 ＞ 55 HRC的硬度，其硬層應(yīng) ＞ 0.8 mm，內(nèi)外導(dǎo)向件都應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計出對應(yīng)的間隙量。使用時應(yīng)根據(jù)要求選擇潤滑，如需要摩擦力小，則選用M₀S₂，如需要摩擦力大，則可噴丸，選用交美特特處理。現(xiàn)在還有越磨越光滑的處理工藝，即自潤滑處理工藝。

十、制造碟形彈簧，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用用60Si2MnA和50CrVA 。t ≤1.25mm可以用65Mn或70^#、T7、T8等等。根據(jù)碟簧的用途也可以選用不銹鋼、耐熱鋼和熱工鋼等等?，F(xiàn)在常用材料有：

1、彈簧鋼：

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

2、不銹鋼：

馬氏體：3Cr13；

奧氏體：301、302、316；國產(chǎn)牌號為：12Cr17Ni7、12Cr18Ni9、06Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2；

沉淀硬化型：630、631、632；國產(chǎn)牌號為：05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、07Cr15Ni17Mo2Al；

高彈性合金：3J21；

彈性元件用合金：3J1、3J53；

3、銅合金：硅青銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、鋁白銅、白銅、；

4、鎳銅合金：

蒙內(nèi)爾合金 NCu28-2.5-1.5；Monel400即Ni66Cu31Fe；MonelK500即Ni66Cu29Al3；

5、高速工具鋼：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2；

6、耐高溫彈性合金：

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、鈷基合金：HS25(L－605)；

8、鈮基合金：55NbTiAl；

金屬、陶瓷、記憶合金、聚氨酯、橡膠、塑料、 玻璃纖維、碳素纖維都可以制造碟形彈簧。

十一、熱處理：

我們常用的彈簧材料熱處理可分為以下幾類：

1、淬回火工藝：

             對軟態(tài)的彈簧鋼都必需用上述工藝。

2、去應(yīng)力退火：

           對硬態(tài)的彈簧鋼都必需用上述工藝。

3、時效強化工藝：

           適用于沉淀硬化不銹鋼和耐熱鋼。

4、固溶R熱處理：

          適用于軟態(tài)的沉淀硬化不銹鋼及鎳基合金。