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大變形碟形彈簧是什么？大變形碟形彈簧如何設計？發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時間：2019-05-06 20:11
很多客戶在生產過程中需要變形強度較高的碟形彈簧，所以這個時候大變形碟形彈簧就排上了用場，那么什么是大變形碟形彈簧呢？大變形碟形彈簧應該如何設計呢？和廈門力常彈簧有限公司一起來看看吧！
一、什么是大變形碟形彈簧？
鉆井設備由于受井眼形狀的限制，有點類似于圓珠筆的形態(tài)[1]，其特點是徑向尺寸很小，只有環(huán)狀空間可用來安裝零件，這樣：一些需要復位的零件就只能借助碟簧元件。例如，某一新的鉆井設備設計中就要求一活塞的運動距離為17.5mm，而原有長度空間僅為29mm。這種條件只能設計一組碟簧來實現(xiàn)其運動要求。
這組碟簧由于空間位置及力學性能的限制，其極限變形量h0與碟簧厚度之比h0/δ=3.125/1=3.125。按設計手冊[2]的規(guī)定：為保證碟簧的剛度曲線基本呈現(xiàn)線性，h0和δ之比應該在1.3左右;若不考慮剛度曲線的線性要求，ho與δ之比可增大但應小于2。因受條件限制，筆者設計的碟簧h0與δ之比達到3.125，可謂是大變形碟簧。這樣的碟簧其剛度曲線的性狀如何，能否用于實際，在應用中這種碟簧會出現(xiàn)什么問題，以及用什么方法來避免這些問題，這都是需要加以研究和解決的。
二、大變形碟形彈簧應該如何設計？
所謂剛度曲線是指碟簧的壓力與其縱向變形量的關系曲線，大變形碟簧的剛度是非線性的。剛度曲線的研究對所關心的問題至關重要。此曲線可通過計算和試驗途徑獲得，從成本和時間的角度考慮，計算當然為首選。
2.1 按文獻[2]計算
文獻[2]提出的計算公式：
式中：P為載荷，N;f為變形量，mm;a為與碟簧尺寸有關的常數(shù);D為碟簧外徑，mm。
此式在小變形時有一些線性色彩，但公式里f/δ及0.5f/δ的影響隨f的增大而增大，碟簧剛度的非線性變得明顯。
按公式(1)計算的一組壓力與碟簧變形的數(shù)據見表1.
我們選用的有限元分析程序ANSYS進行大變形碟簧的剛度計算。
選擇單元類型時，考慮到碟簧厚度僅1mm，而徑向尺寸為80mm;而且，碟簧的變形較大，其變形與負載是非線性的，應該在計算中考慮大變形(非線性)對單元和碟簧的整體影響。
基于以上考慮，選用殼單元對碟簧進行離散化，并在計算中考慮了大變形的影響(即用迭代計算去求解方程)。這種單元在變形時不僅疊加節(jié)點間的變形，而且節(jié)點連線的角變形也特別受重視。這樣的變形特點比較適合于碟簧一類的薄片碟簧和蒙皮結構。
將碟簧分成5906個殼單元，并且用非線性模型去模擬大變形下的加力步驟。正因為碟簧的剛度曲線是非線性的，碟簧的剛度隨變形的增大而變動，即作用力的大小會導致碟簧剛度值的變化，所以求解碟簧在力的作用下最終的變形不能用普通的牛頓迭代法去求解單元節(jié)點的線性方程組。ANSYS求解此類問題時采用牛頓-拉普森(N-R)平衡迭代法求解非線性問題。它將載荷分成一系列載荷向量逐步施加于碟簧，每步驟力中都用N-R的方法估算出殘差矢量。這個矢量代表回復力(與單元應力對應的載荷)與真正施加的載荷的差值，若此差值代入單元剛度矩陣求解不能滿足允差條件，則修正施加的載荷和單元剛度矩陣，獲得新解知道解答收斂(滿足允差條件)。筆者把載荷分成多個子步進行分析，成功地計算出碟簧的變形數(shù)據(仍見表1)并得到圖1所示的大變形碟簧的變形云圖。
以上就是廈門力常彈簧有限公司給大家整理“大變形碟形彈簧是什么？大變形碟形彈簧如何設計？”的相關內容。如果大家還有更多關于碟簧,碟形彈簧,高溫碟形彈簧,碟形彈簧廠家,不銹鋼碟形彈簧,DIN6796碟墊等信息，可以關注廈門力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967
一、什么是大變形碟形彈簧？
鉆井設備由于受井眼形狀的限制，有點類似于圓珠筆的形態(tài)[1]，其特點是徑向尺寸很小，只有環(huán)狀空間可用來安裝零件，這樣：一些需要復位的零件就只能借助碟簧元件。例如，某一新的鉆井設備設計中就要求一活塞的運動距離為17.5mm，而原有長度空間僅為29mm。這種條件只能設計一組碟簧來實現(xiàn)其運動要求。
這組碟簧由于空間位置及力學性能的限制，其極限變形量h0與碟簧厚度之比h0/δ=3.125/1=3.125。按設計手冊[2]的規(guī)定：為保證碟簧的剛度曲線基本呈現(xiàn)線性，h0和δ之比應該在1.3左右;若不考慮剛度曲線的線性要求，ho與δ之比可增大但應小于2。因受條件限制，筆者設計的碟簧h0與δ之比達到3.125，可謂是大變形碟簧。這樣的碟簧其剛度曲線的性狀如何，能否用于實際，在應用中這種碟簧會出現(xiàn)什么問題，以及用什么方法來避免這些問題，這都是需要加以研究和解決的。
二、大變形碟形彈簧應該如何設計？
所謂剛度曲線是指碟簧的壓力與其縱向變形量的關系曲線，大變形碟簧的剛度是非線性的。剛度曲線的研究對所關心的問題至關重要。此曲線可通過計算和試驗途徑獲得，從成本和時間的角度考慮，計算當然為首選。
2.1 按文獻[2]計算
文獻[2]提出的計算公式：
式中：P為載荷，N;f為變形量，mm;a為與碟簧尺寸有關的常數(shù);D為碟簧外徑，mm。
此式在小變形時有一些線性色彩，但公式里f/δ及0.5f/δ的影響隨f的增大而增大，碟簧剛度的非線性變得明顯。
按公式(1)計算的一組壓力與碟簧變形的數(shù)據見表1.
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基于以上考慮，選用殼單元對碟簧進行離散化，并在計算中考慮了大變形的影響(即用迭代計算去求解方程)。這種單元在變形時不僅疊加節(jié)點間的變形，而且節(jié)點連線的角變形也特別受重視。這樣的變形特點比較適合于碟簧一類的薄片碟簧和蒙皮結構。
將碟簧分成5906個殼單元，并且用非線性模型去模擬大變形下的加力步驟。正因為碟簧的剛度曲線是非線性的，碟簧的剛度隨變形的增大而變動，即作用力的大小會導致碟簧剛度值的變化，所以求解碟簧在力的作用下最終的變形不能用普通的牛頓迭代法去求解單元節(jié)點的線性方程組。ANSYS求解此類問題時采用牛頓-拉普森(N-R)平衡迭代法求解非線性問題。它將載荷分成一系列載荷向量逐步施加于碟簧，每步驟力中都用N-R的方法估算出殘差矢量。這個矢量代表回復力(與單元應力對應的載荷)與真正施加的載荷的差值，若此差值代入單元剛度矩陣求解不能滿足允差條件，則修正施加的載荷和單元剛度矩陣，獲得新解知道解答收斂(滿足允差條件)。筆者把載荷分成多個子步進行分析，成功地計算出碟簧的變形數(shù)據(仍見表1)并得到圖1所示的大變形碟簧的變形云圖。
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