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生產(chǎn)生活中如何提高碟形彈簧承載能力及疲勞壽 發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時間：2019-05-22 21:05
碟形彈簧具有剛度大、緩沖吸振能力強及結構緊湊等特點, 適合于軸向空間要求小的場合, 尤其在重型機械設備中得到了廣泛的應用。《碟形彈簧國家標準》( GB 1972一80 )中給出了 A 型 ( 無支承面 )和 B 型 (有支承面) 兩種類型的碟形彈簧, 按國標規(guī)定生產(chǎn)承受重載荷的碟形彈簧時, 彈簧往往會出現(xiàn) 裂紋, 壽命短 等不足。本文通過對碟形彈簧應力狀態(tài)的分析, 提出了圓角型碟形彈簧的結構形式。實踐表明, 圓角型碟形彈簧具有良好的工藝性, 消除了應力集中, 減少了生產(chǎn)中出現(xiàn)的裂紋現(xiàn)象, 提高了碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命。
一、碟形彈簧的應力分析
在標準碟形彈簧的設計計算中,假定碟形彈簧的軸剖面截形在承受載荷時仍然保持不變, 而只是產(chǎn)生一個繞中性點 S 回轉的徑向力矩.這個內力矩應與載荷所產(chǎn)生的力矩相平衡標準型碟形彈簧的應力分布如圖 1所示。應力在l、l 和 皿 處將會出現(xiàn)最大值。碟形彈簧 承載時 I 處的應力值雖然很大,但只是一種壓應力, 對碟形彈簧的壽命影響不大。而碟形彈簧的下表面處于拉應力狀態(tài), 故互、l處有較大的應力集中, 對碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命有很大的影響。
我們在 ZMPN 100t 萬能材料試驗機上對WAO15.21-19 碟形彈簧進行了疲勞試驗。試件分為 5 組共20片,并在同一爐號、同一爐次 條件下對材料進行熱處理,只是處理方式有所不同。加載頻率為每分鐘 300次,第一組試件的疲勞載荷按碟形彈簧的工作載荷進行;為了加快疲勞速度, 對其余幾組試件加大了試驗應力幅,試驗結果見表1.
用掃描電鏡對所有疲勞斷口進行觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋均由II處起始，斷口上均由一定的平坦區(qū)域，并可找到疲勞條帶或二次裂紋，但沒有發(fā)現(xiàn)氫脆痕跡;而其余角或端面上都呈現(xiàn)出韌窩花樣，為瞬時斷裂區(qū)。上述觀察結果證實了II處是疲勞斷裂的起源。
二、預應力處理對表面電鍍碟形彈簧失效的影響
碟形彈簧經(jīng)預應力處理后，材料內部與表面將產(chǎn)生反向殘余應力。在承受工作載荷時，使材料中間部分的工作應力增加，表層工作應力減少，這樣可充分發(fā)揮材料中間部分的潛力。標準型碟形彈簧經(jīng)預應力處理后，I處的殘余拉應力為最大，電鍍過程中應力集中的I處吸聚多量的氫，形成裂紋源，并沿強壓后殘余應力大的方向(徑向)產(chǎn)生氫的富集，而引起氫脆裂紋。
三、碟形彈簧的工作狀態(tài)
碟形彈簧是成組對合裝配的。無支承面的碟形彈簧因制造過程中的車削誤差、沖壓誤差、熱處理變形量及裝配時的微小不同心度, 會使 碟形彈簧相互間在承受載荷狀態(tài)下產(chǎn)生不均勻的線性接觸。有支承面的碟形彈簧在自由狀態(tài)下支承面與支承面相互接觸的, 由于制造誤差, 在承受載荷狀態(tài)下也會出現(xiàn)不均勻的線性接觸現(xiàn)象。不均勻的線性接觸會造成碟形彈簧內部應力分布不均勻，進而影響疲勞壽命。
四、圓角型碟形彈簧的設計
為了提高標準型碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命, 對其軸剖面截形進行了改進, 即將應力集中處設計成圓角, 圖2 為圓角型碟形彈簧及應力分布圖。這種圓角結構形式消除了應力集中現(xiàn)象, 避免了電鍍時因應力集中而造成氫的偏聚, 可更好地防止裂紋的產(chǎn)生, 使其具有良好的工藝性。同時圓角型碟形彈簧在變載荷下始終保持較好的線性接觸, 使其內部應力均勻分布,有助于提高其承載能力。實踐證明,圓角型碟形 彈簧比標準碟形彈簧的壽命提高了15 % 左右.
在A 型、B 型 兩種標準碟形彈簧的設計參數(shù)中, 僅厚度有所不同。故在外部施加相同的f=0.7 5 n 變形量時, 兩彈簧負荷相等; 施加其它變形量時, 兩彈簧負荷有差異�？梢园� B 型碟形 彈簧看成是 A 型的“等效碟形彈簧”, 而這種“等效碟形彈簧”在G B 1972一 80 中有詳細的設計計算方法。為使設計方便, 圓角型碟形 彈簧可按 照 B 型碟形 彈簧的設計方法來進行設計。但必須指出, 圓角型碟形彈簧和B型碟形彈簧的承載支點 (P’) 必須重合一致, 方可達到“等效碟形彈簧”的目的。
五、結論
(1) 圓角型碟形彈簧消除了應力集中,使其具有良好的工藝性,減少了電鍍、強壓過程中裂紋的產(chǎn)生。
(2) 圓角型碟形彈簧的設計應力高于普通碟形彈簧的設計應力。同等規(guī)格的碟形彈簧,在承受相同載荷的情況下,圓角型的壽命要高于普通型。
(3) 圓角型碟形彈簧在承受載荷時,相互之間始終保持較好的線性接觸,使得內部應力分布均勻。
(4) 在設計圓角型碟形彈簧時,必須按照GB 1972一80規(guī)定的“等效碟形彈簧”的設計方法來設計,即它們的承載位置必須一致。
以上就是廈門力常彈簧有限公司給大家整理“如何利用碟形彈簧實現(xiàn)壓鑄模的定模推料”的相關內容。如果大家還有更多關于碟形彈簧,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、碟形彈簧的應力分析
在標準碟形彈簧的設計計算中,假定碟形彈簧的軸剖面截形在承受載荷時仍然保持不變, 而只是產(chǎn)生一個繞中性點 S 回轉的徑向力矩.這個內力矩應與載荷所產(chǎn)生的力矩相平衡標準型碟形彈簧的應力分布如圖 1所示。應力在l、l 和 皿 處將會出現(xiàn)最大值。碟形彈簧 承載時 I 處的應力值雖然很大,但只是一種壓應力, 對碟形彈簧的壽命影響不大。而碟形彈簧的下表面處于拉應力狀態(tài), 故互、l處有較大的應力集中, 對碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命有很大的影響。
我們在 ZMPN 100t 萬能材料試驗機上對WAO15.21-19 碟形彈簧進行了疲勞試驗。試件分為 5 組共20片,并在同一爐號、同一爐次 條件下對材料進行熱處理,只是處理方式有所不同。加載頻率為每分鐘 300次,第一組試件的疲勞載荷按碟形彈簧的工作載荷進行;為了加快疲勞速度, 對其余幾組試件加大了試驗應力幅,試驗結果見表1.
用掃描電鏡對所有疲勞斷口進行觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋均由II處起始，斷口上均由一定的平坦區(qū)域，并可找到疲勞條帶或二次裂紋，但沒有發(fā)現(xiàn)氫脆痕跡;而其余角或端面上都呈現(xiàn)出韌窩花樣，為瞬時斷裂區(qū)。上述觀察結果證實了II處是疲勞斷裂的起源。
二、預應力處理對表面電鍍碟形彈簧失效的影響
碟形彈簧經(jīng)預應力處理后，材料內部與表面將產(chǎn)生反向殘余應力。在承受工作載荷時，使材料中間部分的工作應力增加，表層工作應力減少，這樣可充分發(fā)揮材料中間部分的潛力。標準型碟形彈簧經(jīng)預應力處理后，I處的殘余拉應力為最大，電鍍過程中應力集中的I處吸聚多量的氫，形成裂紋源，并沿強壓后殘余應力大的方向(徑向)產(chǎn)生氫的富集，而引起氫脆裂紋。
三、碟形彈簧的工作狀態(tài)
碟形彈簧是成組對合裝配的。無支承面的碟形彈簧因制造過程中的車削誤差、沖壓誤差、熱處理變形量及裝配時的微小不同心度, 會使 碟形彈簧相互間在承受載荷狀態(tài)下產(chǎn)生不均勻的線性接觸。有支承面的碟形彈簧在自由狀態(tài)下支承面與支承面相互接觸的, 由于制造誤差, 在承受載荷狀態(tài)下也會出現(xiàn)不均勻的線性接觸現(xiàn)象。不均勻的線性接觸會造成碟形彈簧內部應力分布不均勻，進而影響疲勞壽命。
四、圓角型碟形彈簧的設計
為了提高標準型碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命, 對其軸剖面截形進行了改進, 即將應力集中處設計成圓角, 圖2 為圓角型碟形彈簧及應力分布圖。這種圓角結構形式消除了應力集中現(xiàn)象, 避免了電鍍時因應力集中而造成氫的偏聚, 可更好地防止裂紋的產(chǎn)生, 使其具有良好的工藝性。同時圓角型碟形彈簧在變載荷下始終保持較好的線性接觸, 使其內部應力均勻分布,有助于提高其承載能力。實踐證明,圓角型碟形 彈簧比標準碟形彈簧的壽命提高了15 % 左右.
在A 型、B 型 兩種標準碟形彈簧的設計參數(shù)中, 僅厚度有所不同。故在外部施加相同的f=0.7 5 n 變形量時, 兩彈簧負荷相等; 施加其它變形量時, 兩彈簧負荷有差異�？梢园� B 型碟形 彈簧看成是 A 型的“等效碟形彈簧”, 而這種“等效碟形彈簧”在G B 1972一 80 中有詳細的設計計算方法。為使設計方便, 圓角型碟形 彈簧可按 照 B 型碟形 彈簧的設計方法來進行設計。但必須指出, 圓角型碟形彈簧和B型碟形彈簧的承載支點 (P’) 必須重合一致, 方可達到“等效碟形彈簧”的目的。
五、結論
(1) 圓角型碟形彈簧消除了應力集中,使其具有良好的工藝性,減少了電鍍、強壓過程中裂紋的產(chǎn)生。
(2) 圓角型碟形彈簧的設計應力高于普通碟形彈簧的設計應力。同等規(guī)格的碟形彈簧,在承受相同載荷的情況下,圓角型的壽命要高于普通型。
(3) 圓角型碟形彈簧在承受載荷時,相互之間始終保持較好的線性接觸,使得內部應力分布均勻。
(4) 在設計圓角型碟形彈簧時,必須按照GB 1972一80規(guī)定的“等效碟形彈簧”的設計方法來設計,即它們的承載位置必須一致。
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