當(dāng)前位置：首頁(yè) > 新聞中心 新聞中心
碟形彈簧加載機(jī)構(gòu)剛度特性分析發(fā)布者：廈門(mén)力常彈簧有限公司 發(fā)布時(shí)間：2019-05-28 19:07
碟形彈簧是由鋼板沖壓成碟形的薄板彈簧，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊， 軸向剛度大，加載均勻，緩沖和減振能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)等。標(biāo)準(zhǔn)的蝶形彈簧具有較好的彈性與強(qiáng)度，正常使用情況下不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，適用于設(shè)計(jì)軸向空間緊湊的加載機(jī)構(gòu)[ 1- 2] 。
某試驗(yàn)機(jī)的加載機(jī)構(gòu)要求載荷大、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊，為此設(shè)計(jì)了蝶形彈簧加載機(jī)構(gòu)。通過(guò)對(duì)蝶形彈簧施加不同的預(yù)壓縮量，產(chǎn)生所需要的加載載荷，設(shè)計(jì)要求最大的載荷為 4. 5 kN。載荷的大小由預(yù)壓縮量來(lái)控制。因此需要通過(guò)對(duì)該蝶形彈簧加載機(jī)構(gòu)的剛度特性進(jìn)行分析，以確保載荷由預(yù)壓縮量來(lái)實(shí)現(xiàn)精確控制[ 3]。
由于單片碟形彈簧的變形量和負(fù)荷值往往不能滿足設(shè)計(jì)要求，這時(shí)可成組使用。碟形彈簧典型組合方式有: 對(duì)合組合碟形彈簧、疊合組合碟形彈簧與復(fù)合組合碟形彈簧[ 4] 。采用不同的組合方式可以得到不同的負(fù)載非線性的變特性曲線[ 5]。文章研究的某試驗(yàn)機(jī)碟形彈簧加載機(jī)構(gòu)是對(duì)合組合碟形彈簧， 由 21 片 C系列碟形彈簧( GB /T1972-2005) 組成， 主要參數(shù): 外徑D = 71 mm，內(nèi)徑 d = 36 mm，厚度 t = 2 mm，壓平時(shí)變形量 h0 = 2. 6 mm， 自由高度 H0 = 4. 6 mm。對(duì)合組合碟形彈簧如圖 1 所示。分別用理論計(jì)算法與試驗(yàn)測(cè)試法對(duì)該試驗(yàn)機(jī)碟形彈簧加載裝置剛度特性進(jìn)行研究， 并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析比較。
一、Almen-Laszlo 計(jì)算法
關(guān)于碟形彈簧剛度的計(jì)算方法， 目前大多采用由美國(guó)學(xué)者阿爾曼( J. O. Almen) 和拉茲羅( A. Laszlo) 于1936 年提出的近似方法( Almen-Laszlo 計(jì)算法) ， 該計(jì)算法有兩個(gè)假設(shè)條件: 一是截面不發(fā)生扭曲變形，因此忽略了徑向應(yīng)力的影響; 二是內(nèi)、 外圓周上的載荷是均勻分布的[ 6] 。使用該計(jì)算法可得到碟形彈簧的載荷與變形量的關(guān)系。
對(duì)于對(duì)合組合的碟形彈簧，組合碟形彈簧的總自由高度可由下式進(jìn)行計(jì)算，即
HZ = iH0 ( 1)
式中，i為碟形彈簧片數(shù)，HZ為組合碟形彈簧的總自由高度。
碟形彈簧所受載荷為
在式( 2) 和式( 3) 中，F 為碟形彈簧載荷 /N， FC 為碟形彈簧壓平時(shí)載荷 /N，E 為彈性模量 /MPa，μ 為泊松比，D 為碟形彈簧外徑，h 為碟形彈簧錐高，t 為碟形彈簧厚度，f 為變形量，C 為外徑和內(nèi)徑之比，K1， K2，K3和 K4 為計(jì)算系數(shù)，K1，K2，K3 可根據(jù) C 值查表 1 而得[ 7]，對(duì)于無(wú)支承面碟形彈簧 K4 = 1。
該計(jì)算法忽略了組合碟形彈簧之間摩擦力的影響，而且組合碟形彈簧具有幾何非線性和接觸非線性，因此使用理論方法分析對(duì)合組合碟形彈簧的剛度特性具有一定的局限性。
二、碟形彈簧的剛度特性試驗(yàn)
3. 1 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全數(shù)字化調(diào)整[ 8] 。對(duì)合組合碟形彈簧裝置， 如圖 1 所示。其中芯軸 1 對(duì)碟形彈簧起徑向定位， 通過(guò)墊片 2對(duì)對(duì)合組合碟形彈簧進(jìn)行加載， 加載座 4 對(duì)加載裝置起支承作用，定位塊 5 的作用是實(shí)現(xiàn)裝置固定在微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上的定位。
試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全數(shù)字化調(diào)整[ 8] 。對(duì)合組合碟形彈簧裝置， 如圖 1 所示。其中芯軸 1 對(duì)碟形彈簧起徑向定位， 通過(guò)墊片 2對(duì)對(duì)合組合碟形彈簧進(jìn)行加載， 加載座 4 對(duì)加載裝置起支承作用，定位塊 5 的作用是實(shí)現(xiàn)裝置固定在微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上的定位。
試驗(yàn)結(jié)果及分析
分別對(duì) 5 組對(duì)合組合碟形彈簧進(jìn)行了 3 次加載試驗(yàn)，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖 2 所示。得到的第 1 組對(duì)合組合碟形彈簧的剛度特性曲線如圖 3 所示，3 次加載試驗(yàn)的一致性很好， 3 次加載試驗(yàn)間的誤差可以忽略不計(jì)。在承受 1. 5 kN，3. 0 kN 和 4. 5 kN 載荷時(shí)的平均變形量分別為 5. 27 mm，11. 49 mm 和 20. 34 mm。分析圖 3的剛度特性曲線可得， 對(duì)合組合碟形彈簧多次加載之間的誤差很小，加載時(shí)的曲線在載荷比較小時(shí)接近線性; 隨著載荷的加大，曲線會(huì)出現(xiàn)非線性特性。載荷加大時(shí)蝶形彈簧的軸向剛度有所降低。雖然各組試驗(yàn)得到的結(jié)果會(huì)由于摩擦系數(shù)波動(dòng)等因素而有所差異，但是它們的曲線特性基本相同。使用平均變形量進(jìn)行試驗(yàn)載荷的控制。
以相同的方法對(duì)其余 4 組碟形彈簧進(jìn)行分析，從分析結(jié)果得出每組碟形彈簧的剛度特性曲線基本一致，而且曲線都會(huì)出現(xiàn)非線性特性。利用試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)可計(jì)算出每組碟形彈簧的平均變形量如表 2 所示。
三、理論計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果的比較
用 Almen-Laszlo 計(jì)算法中， 彈簧鋼取 E = 2. 06 ×105 MPa，μ 為泊松比，彈簧鋼取 μ = 0. 3，查得計(jì)算系數(shù)K1 = 0. 688，K4 = 1。計(jì)算得出對(duì)合組合碟形彈簧在承受 1. 5 kN，3. 0 kN 和 4. 5 kN 載荷下的變形量如表 3所示。
結(jié)合表 2 與表 3 可以看出，在相同載荷下采用試驗(yàn)法測(cè)得的變形量要比理論計(jì)算法算得的小，而且隨著載荷的增大，理論值與試驗(yàn)值的偏差越來(lái)越大。這是由于理論計(jì)算方法忽略了徑向應(yīng)力的影響，且不考慮摩擦等因素造成的; 而且對(duì)合組合碟形彈簧隨著對(duì)合組數(shù)的增加，會(huì)使彈簧組的彈簧變形不均勻，而理論計(jì)算是按各碟形彈簧片均勻變形進(jìn)行計(jì)算的，從而產(chǎn)生了誤差[ 9] 。
結(jié)語(yǔ)
以某試驗(yàn)機(jī)碟形彈簧加載裝置為研究對(duì)象，對(duì)其剛度特性進(jìn)行了理論計(jì)算和試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，理論計(jì)算法( Almen-Laszlo) 算得的結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果存在較大的誤差。因此，該試驗(yàn)機(jī)的碟形彈簧加載裝置應(yīng)使用試驗(yàn)法測(cè)試確定其剛度特性，而理論計(jì)算法只能作為參考。
以上就是廈門(mén)力常彈簧有限公司給大家整理“碟形彈簧加載機(jī)構(gòu)剛度特性分析”的相關(guān)內(nèi)容。如果大家還有更多關(guān)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(guān)注廈門(mén)力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967
碟形彈簧是由鋼板沖壓成碟形的薄板彈簧，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊， 軸向剛度大，加載均勻，緩沖和減振能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)等。標(biāo)準(zhǔn)的蝶形彈簧具有較好的彈性與強(qiáng)度，正常使用情況下不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，適用于設(shè)計(jì)軸向空間緊湊的加載機(jī)構(gòu)[ 1- 2] 。
某試驗(yàn)機(jī)的加載機(jī)構(gòu)要求載荷大、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊，為此設(shè)計(jì)了蝶形彈簧加載機(jī)構(gòu)。通過(guò)對(duì)蝶形彈簧施加不同的預(yù)壓縮量，產(chǎn)生所需要的加載載荷，設(shè)計(jì)要求最大的載荷為 4. 5 kN。載荷的大小由預(yù)壓縮量來(lái)控制。因此需要通過(guò)對(duì)該蝶形彈簧加載機(jī)構(gòu)的剛度特性進(jìn)行分析，以確保載荷由預(yù)壓縮量來(lái)實(shí)現(xiàn)精確控制[ 3]。
由于單片碟形彈簧的變形量和負(fù)荷值往往不能滿足設(shè)計(jì)要求，這時(shí)可成組使用。碟形彈簧典型組合方式有: 對(duì)合組合碟形彈簧、疊合組合碟形彈簧與復(fù)合組合碟形彈簧[ 4] 。采用不同的組合方式可以得到不同的負(fù)載非線性的變特性曲線[ 5]。文章研究的某試驗(yàn)機(jī)碟形彈簧加載機(jī)構(gòu)是對(duì)合組合碟形彈簧， 由 21 片 C系列碟形彈簧( GB /T1972-2005) 組成， 主要參數(shù): 外徑D = 71 mm，內(nèi)徑 d = 36 mm，厚度 t = 2 mm，壓平時(shí)變形量 h0 = 2. 6 mm， 自由高度 H0 = 4. 6 mm。對(duì)合組合碟形彈簧如圖 1 所示。分別用理論計(jì)算法與試驗(yàn)測(cè)試法對(duì)該試驗(yàn)機(jī)碟形彈簧加載裝置剛度特性進(jìn)行研究， 并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析比較。
一、Almen-Laszlo 計(jì)算法
關(guān)于碟形彈簧剛度的計(jì)算方法， 目前大多采用由美國(guó)學(xué)者阿爾曼( J. O. Almen) 和拉茲羅( A. Laszlo) 于1936 年提出的近似方法( Almen-Laszlo 計(jì)算法) ， 該計(jì)算法有兩個(gè)假設(shè)條件: 一是截面不發(fā)生扭曲變形，因此忽略了徑向應(yīng)力的影響; 二是內(nèi)、 外圓周上的載荷是均勻分布的[ 6] 。使用該計(jì)算法可得到碟形彈簧的載荷與變形量的關(guān)系。
對(duì)于對(duì)合組合的碟形彈簧，組合碟形彈簧的總自由高度可由下式進(jìn)行計(jì)算，即
HZ = iH0 ( 1)
式中，i為碟形彈簧片數(shù)，HZ為組合碟形彈簧的總自由高度。
碟形彈簧所受載荷為
在式( 2) 和式( 3) 中，F 為碟形彈簧載荷 /N， FC 為碟形彈簧壓平時(shí)載荷 /N，E 為彈性模量 /MPa，μ 為泊松比，D 為碟形彈簧外徑，h 為碟形彈簧錐高，t 為碟形彈簧厚度，f 為變形量，C 為外徑和內(nèi)徑之比，K1， K2，K3和 K4 為計(jì)算系數(shù)，K1，K2，K3 可根據(jù) C 值查表 1 而得[ 7]，對(duì)于無(wú)支承面碟形彈簧 K4 = 1。
該計(jì)算法忽略了組合碟形彈簧之間摩擦力的影響，而且組合碟形彈簧具有幾何非線性和接觸非線性，因此使用理論方法分析對(duì)合組合碟形彈簧的剛度特性具有一定的局限性。
二、碟形彈簧的剛度特性試驗(yàn)
3. 1 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全數(shù)字化調(diào)整[ 8] 。對(duì)合組合碟形彈簧裝置， 如圖 1 所示。其中芯軸 1 對(duì)碟形彈簧起徑向定位， 通過(guò)墊片 2對(duì)對(duì)合組合碟形彈簧進(jìn)行加載， 加載座 4 對(duì)加載裝置起支承作用，定位塊 5 的作用是實(shí)現(xiàn)裝置固定在微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上的定位。
試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全數(shù)字化調(diào)整[ 8] 。對(duì)合組合碟形彈簧裝置， 如圖 1 所示。其中芯軸 1 對(duì)碟形彈簧起徑向定位， 通過(guò)墊片 2對(duì)對(duì)合組合碟形彈簧進(jìn)行加載， 加載座 4 對(duì)加載裝置起支承作用，定位塊 5 的作用是實(shí)現(xiàn)裝置固定在微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上的定位。
試驗(yàn)結(jié)果及分析
分別對(duì) 5 組對(duì)合組合碟形彈簧進(jìn)行了 3 次加載試驗(yàn)，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖 2 所示。得到的第 1 組對(duì)合組合碟形彈簧的剛度特性曲線如圖 3 所示，3 次加載試驗(yàn)的一致性很好， 3 次加載試驗(yàn)間的誤差可以忽略不計(jì)。在承受 1. 5 kN，3. 0 kN 和 4. 5 kN 載荷時(shí)的平均變形量分別為 5. 27 mm，11. 49 mm 和 20. 34 mm。分析圖 3的剛度特性曲線可得， 對(duì)合組合碟形彈簧多次加載之間的誤差很小，加載時(shí)的曲線在載荷比較小時(shí)接近線性; 隨著載荷的加大，曲線會(huì)出現(xiàn)非線性特性。載荷加大時(shí)蝶形彈簧的軸向剛度有所降低。雖然各組試驗(yàn)得到的結(jié)果會(huì)由于摩擦系數(shù)波動(dòng)等因素而有所差異，但是它們的曲線特性基本相同。使用平均變形量進(jìn)行試驗(yàn)載荷的控制。
以相同的方法對(duì)其余 4 組碟形彈簧進(jìn)行分析，從分析結(jié)果得出每組碟形彈簧的剛度特性曲線基本一致，而且曲線都會(huì)出現(xiàn)非線性特性。利用試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)可計(jì)算出每組碟形彈簧的平均變形量如表 2 所示。
三、理論計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果的比較
用 Almen-Laszlo 計(jì)算法中， 彈簧鋼取 E = 2. 06 ×105 MPa，μ 為泊松比，彈簧鋼取 μ = 0. 3，查得計(jì)算系數(shù)K1 = 0. 688，K4 = 1。計(jì)算得出對(duì)合組合碟形彈簧在承受 1. 5 kN，3. 0 kN 和 4. 5 kN 載荷下的變形量如表 3所示。
結(jié)合表 2 與表 3 可以看出，在相同載荷下采用試驗(yàn)法測(cè)得的變形量要比理論計(jì)算法算得的小，而且隨著載荷的增大，理論值與試驗(yàn)值的偏差越來(lái)越大。這是由于理論計(jì)算方法忽略了徑向應(yīng)力的影響，且不考慮摩擦等因素造成的; 而且對(duì)合組合碟形彈簧隨著對(duì)合組數(shù)的增加，會(huì)使彈簧組的彈簧變形不均勻，而理論計(jì)算是按各碟形彈簧片均勻變形進(jìn)行計(jì)算的，從而產(chǎn)生了誤差[ 9] 。
結(jié)語(yǔ)
以某試驗(yàn)機(jī)碟形彈簧加載裝置為研究對(duì)象，對(duì)其剛度特性進(jìn)行了理論計(jì)算和試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，理論計(jì)算法( Almen-Laszlo) 算得的結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果存在較大的誤差。因此，該試驗(yàn)機(jī)的碟形彈簧加載裝置應(yīng)使用試驗(yàn)法測(cè)試確定其剛度特性，而理論計(jì)算法只能作為參考。
以上就是廈門(mén)力常彈簧有限公司給大家整理“碟形彈簧加載機(jī)構(gòu)剛度特性分析”的相關(guān)內(nèi)容。如果大家還有更多關(guān)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(guān)注廈門(mén)力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967