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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(shí)間：2019-05-22 21:05
碟形彈簧具有剛度大、緩沖吸振能力強(qiáng)及結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn), 適合于軸向空間要求小的場(chǎng)合, 尤其在重型機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。《碟形彈簧國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》( GB 1972一80 )中給出了 A 型 ( 無(wú)支承面 )和 B 型 (有支承面) 兩種類型的碟形彈簧, 按國(guó)標(biāo)規(guī)定生產(chǎn)承受重載荷的碟形彈簧時(shí), 彈簧往往會(huì)出現(xiàn) 裂紋, 壽命短 等不足。本文通過(guò)對(duì)碟形彈簧應(yīng)力狀態(tài)的分析, 提出了圓角型碟形彈簧的結(jié)構(gòu)形式。實(shí)踐表明, 圓角型碟形彈簧具有良好的工藝性, 消除了應(yīng)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(yīng)力分析
在標(biāo)準(zhǔn)碟形彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算中,假定碟形彈簧的軸剖面截形在承受載荷時(shí)仍然保持不變, 而只是產(chǎn)生一個(gè)繞中性點(diǎn) S 回轉(zhuǎn)的徑向力矩.這個(gè)內(nèi)力矩應(yīng)與載荷所產(chǎn)生的力矩相平衡標(biāo)準(zhǔn)型碟形彈簧的應(yīng)力分布如圖 1所示。應(yīng)力在l、l 和 皿 處將會(huì)出現(xiàn)最大值。碟形彈簧 承載時(shí) I 處的應(yīng)力值雖然很大,但只是一種壓應(yīng)力, 對(duì)碟形彈簧的壽命影響不大。而碟形彈簧的下表面處于拉應(yīng)力狀態(tài), 故互、l處有較大的應(yīng)力集中, 對(duì)碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命有很大的影響。
我們?cè)?/font> ZMPN 100t 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)WAO15.21-19 碟形彈簧進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)。試件分為 5 組共20片,并在同一爐號(hào)、同一爐次 條件下對(duì)材料進(jìn)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(jìn)行;為了加快疲勞速度, 對(duì)其余幾組試件加大了試驗(yàn)應(yīng)力幅,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.
用掃描電鏡對(duì)所有疲勞斷口進(jìn)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(méi)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(shí)斷裂區(qū)。上述觀察結(jié)果證實(shí)了II處是疲勞斷裂的起源。
二、預(yù)應(yīng)力處理對(duì)表面電鍍碟形彈簧失效的影響
碟形彈簧經(jīng)預(yù)應(yīng)力處理后，材料內(nèi)部與表面將產(chǎn)生反向殘余應(yīng)力。在承受工作載荷時(shí)，使材料中間部分的工作應(yīng)力增加，表層工作應(yīng)力減少，這樣可充分發(fā)揮材料中間部分的潛力。標(biāo)準(zhǔn)型碟形彈簧經(jīng)預(yù)應(yīng)力處理后，I處的殘余拉應(yīng)力為最大，電鍍過(guò)程中應(yīng)力集中的I處吸聚多量的氫，形成裂紋源，并沿強(qiáng)壓后殘余應(yīng)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(duì)合裝配的。無(wú)支承面的碟形彈簧因制造過(guò)程中的車削誤差、沖壓誤差、熱處理變形量及裝配時(shí)的微小不同心度, 會(huì)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(huì)出現(xiàn)不均勻的線性接觸現(xiàn)象。不均勻的線性接觸會(huì)造成碟形彈簧內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，進(jìn)而影響疲勞壽命。
四、圓角型碟形彈簧的設(shè)計(jì)
為了提高標(biāo)準(zhǔn)型碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命, 對(duì)其軸剖面截形進(jìn)行了改進(jìn), 即將應(yīng)力集中處設(shè)計(jì)成圓角, 圖2 為圓角型碟形彈簧及應(yīng)力分布圖。這種圓角結(jié)構(gòu)形式消除了應(yīng)力集中現(xiàn)象, 避免了電鍍時(shí)因應(yīng)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(shí)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(nèi)部應(yīng)力均勻分布,有助于提高其承載能力。實(shí)踐證明,圓角型碟形 彈簧比標(biāo)準(zhǔn)碟形彈簧的壽命提高了15 % 左右.
在A 型、B 型 兩種標(biāo)準(zhǔn)碟形彈簧的設(shè)計(jì)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(shí), 兩彈簧負(fù)荷相等; 施加其它變形量時(shí), 兩彈簧負(fù)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(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。為使設(shè)計(jì)方便, 圓角型碟形 彈簧可按 照 B 型碟形 彈簧的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。但必須指出, 圓角型碟形彈簧和B型碟形彈簧的承載支點(diǎn) (P’) 必須重合一致, 方可達(dá)到“等效碟形彈簧”的目的。
五、結(jié)論
(1) 圓角型碟形彈簧消除了應(yīng)力集中,使其具有良好的工藝性,減少了電鍍、強(qiáng)壓過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生。
(2) 圓角型碟形彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力高于普通碟形彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)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(shí),相互之間始終保持較好的線性接觸,使得內(nèi)部應(yīng)力分布均勻。
(4) 在設(shè)計(jì)圓角型碟形彈簧時(shí),必須按照GB 1972一80規(guī)定的“等效碟形彈簧”的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì),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(shí)現(xiàn)壓鑄模的定模推料”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)注廈門力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967
一、碟形彈簧的應(yīng)力分析
在標(biāo)準(zhǔn)碟形彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算中,假定碟形彈簧的軸剖面截形在承受載荷時(shí)仍然保持不變, 而只是產(chǎn)生一個(gè)繞中性點(diǎn) S 回轉(zhuǎn)的徑向力矩.這個(gè)內(nèi)力矩應(yīng)與載荷所產(chǎn)生的力矩相平衡標(biāo)準(zhǔn)型碟形彈簧的應(yīng)力分布如圖 1所示。應(yīng)力在l、l 和 皿 處將會(huì)出現(xiàn)最大值。碟形彈簧 承載時(shí) I 處的應(yīng)力值雖然很大,但只是一種壓應(yīng)力, 對(duì)碟形彈簧的壽命影響不大。而碟形彈簧的下表面處于拉應(yīng)力狀態(tài), 故互、l處有較大的應(yīng)力集中, 對(duì)碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命有很大的影響。
我們?cè)?/font> ZMPN 100t 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)WAO15.21-19 碟形彈簧進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)。試件分為 5 組共20片,并在同一爐號(hào)、同一爐次 條件下對(duì)材料進(jìn)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(jìn)行;為了加快疲勞速度, 對(duì)其余幾組試件加大了試驗(yàn)應(yīng)力幅,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.
用掃描電鏡對(duì)所有疲勞斷口進(jìn)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(méi)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(shí)斷裂區(qū)。上述觀察結(jié)果證實(shí)了II處是疲勞斷裂的起源。
二、預(yù)應(yīng)力處理對(duì)表面電鍍碟形彈簧失效的影響
碟形彈簧經(jīng)預(yù)應(yīng)力處理后，材料內(nèi)部與表面將產(chǎn)生反向殘余應(yīng)力。在承受工作載荷時(shí)，使材料中間部分的工作應(yīng)力增加，表層工作應(yīng)力減少，這樣可充分發(fā)揮材料中間部分的潛力。標(biāo)準(zhǔn)型碟形彈簧經(jīng)預(yù)應(yīng)力處理后，I處的殘余拉應(yīng)力為最大，電鍍過(guò)程中應(yīng)力集中的I處吸聚多量的氫，形成裂紋源，并沿強(qiáng)壓后殘余應(yīng)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(duì)合裝配的。無(wú)支承面的碟形彈簧因制造過(guò)程中的車削誤差、沖壓誤差、熱處理變形量及裝配時(shí)的微小不同心度, 會(huì)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(huì)出現(xiàn)不均勻的線性接觸現(xiàn)象。不均勻的線性接觸會(huì)造成碟形彈簧內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，進(jìn)而影響疲勞壽命。
四、圓角型碟形彈簧的設(shè)計(jì)
為了提高標(biāo)準(zhǔn)型碟形彈簧的承載能力和疲勞壽命, 對(duì)其軸剖面截形進(jìn)行了改進(jìn), 即將應(yīng)力集中處設(shè)計(jì)成圓角, 圖2 為圓角型碟形彈簧及應(yīng)力分布圖。這種圓角結(jié)構(gòu)形式消除了應(yīng)力集中現(xiàn)象, 避免了電鍍時(shí)因應(yīng)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(shí)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(nèi)部應(yīng)力均勻分布,有助于提高其承載能力。實(shí)踐證明,圓角型碟形 彈簧比標(biāo)準(zhǔn)碟形彈簧的壽命提高了15 % 左右.
在A 型、B 型 兩種標(biāo)準(zhǔn)碟形彈簧的設(shè)計(jì)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(shí), 兩彈簧負(fù)荷相等; 施加其它變形量時(shí), 兩彈簧負(fù)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(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。為使設(shè)計(jì)方便, 圓角型碟形 彈簧可按 照 B 型碟形 彈簧的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。但必須指出, 圓角型碟形彈簧和B型碟形彈簧的承載支點(diǎn) (P’) 必須重合一致, 方可達(dá)到“等效碟形彈簧”的目的。
五、結(jié)論
(1) 圓角型碟形彈簧消除了應(yīng)力集中,使其具有良好的工藝性,減少了電鍍、強(qiáng)壓過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生。
(2) 圓角型碟形彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力高于普通碟形彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)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(shí),相互之間始終保持較好的線性接觸,使得內(nèi)部應(yīng)力分布均勻。
(4) 在設(shè)計(jì)圓角型碟形彈簧時(shí),必須按照GB 1972一80規(guī)定的“等效碟形彈簧”的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì),即它們的承載位置必須一致。
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