碟形彈簧受力分析與強(qiáng)度條件修正

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1、維普資訊http://www.cqvip.com，yJ--n第24卷第7期石油機(jī)械l996年碟形彈簧受力分析與強(qiáng)度條件修正眭滿倉登明黃伯棠(江漢石油學(xué)院)摘要GB1972-80碟形彈簧受力分析與強(qiáng)度計(jì)算的數(shù)據(jù)和公式是引用了美國、日本彈簧設(shè)計(jì)手冊中的數(shù)據(jù)和近似公式，誤差較大。提出用修正系數(shù)對(duì)近似公式進(jìn)行修正，并給出精確解和有關(guān)計(jì)算圖表。試驗(yàn)研究表明，采用國產(chǎn)60Si2MnA鋼高溫形變熱處理工藝制造碟形彈簧，其機(jī)械物理性能可達(dá)到美、日同類鋼種常規(guī)熱處理工藝水平，GB1972-80的強(qiáng)度條件仍然適用。主題詞絲塹莖生坌塹

2、熱處理墨墨方法修正_]}

3、7-／-／／22G聊2—8。中碟形彈簧設(shè)計(jì)方法的不足按照材料的強(qiáng)度理論，工程零件在工作過程中，不論是以流動(dòng)形式失效，還是以脆斷或疲勞形式破壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全性校核時(shí)都應(yīng)遵循如下強(qiáng)度條件≤lJ≤(或O"b、一I)(1)式中：O'r,d為零件危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)點(diǎn)的最大相當(dāng)應(yīng)力；[]為材料的許用應(yīng)力；O"s為材料的屈服極限(為強(qiáng)度極限；1為疲勞極限)。碟形彈簧國家標(biāo)準(zhǔn)GB1972-80[1,2；中把變化次數(shù)Ⅳ

4、即)，推薦靜載碟形彈簧選材為60Si2MnA，其強(qiáng)度條件為f當(dāng)f／h=0．75時(shí)，【IJ=1960～2352MPa【當(dāng)f／h：1．CO時(shí)，[T]：2548～2940MPa?式中：，為碟形彈簧內(nèi)徑中面的位移；h為碟形彈簧的內(nèi)錐高度。參照GB1222-84<彈簧鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能>和GB1239----76<彈簧材料及許用應(yīng)力>，式(2)中第一個(gè)強(qiáng)度條件的許用應(yīng)力[T]的取值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出60Si2MnA的強(qiáng)度極限·易先忠，講師．生于1963年、1986年獲西南石袖學(xué)院石油機(jī)械工程硬士學(xué)位，現(xiàn)從事機(jī)電一體化的教學(xué)與科

5、研工作．任機(jī)電工程教研室副主任．本刊通訊員。地址：(434102)蝴北省荊沙市。電話：(a7l6)421~2(宅)。(收籍日期：I9'95—10-30)維普資訊http://www.cqvip.com10石油機(jī)械1996生=1568蛐Pa。這是不符合式(1)所表示的強(qiáng)度理論準(zhǔn)則的。GB1972—8O采用的是美國<彈簧設(shè)計(jì)手冊)中提供的數(shù)據(jù)，國產(chǎn)硅錳彈簧鋼60Si2MnA雖然元素成分和含量與SAE9260、SAE9255相當(dāng)，與日本J璐標(biāo)準(zhǔn)中的SUP6、SUP7相近，但機(jī)械物理性能卻相差較大(例如SUP6鋼，850

6、。c油淬30min后400。c回火保溫1h，其抗拉強(qiáng)度便可達(dá)到1960MPa以上)。另外，GB1972—8O中碟形彈簧的應(yīng)力計(jì)算公式也是引用美國規(guī)范。日本與美國的計(jì)算公式表達(dá)形式不同J，但精度相當(dāng)，都是采用J．O．AIln∞和A．I丑sdo于1936．年提出的近似計(jì)算方法，此方法誤差較大。在碟形彈簧的設(shè)計(jì)中，若忽略國產(chǎn)鋼材與國外的差距，完全套用國外的數(shù)據(jù)和公式，無疑是不科學(xué)的。文獻(xiàn)[4]、[5]、[6]從理論與試驗(yàn)兩方面對(duì)碟形彈簧的基本特性參數(shù)進(jìn)行了定量分析，本文將在此基礎(chǔ)上，提出對(duì)GB1972-80中碟形彈簧設(shè)

7、計(jì)方法辨的不足進(jìn)行修正和完善的見解。碟形彈簧載荷一位移特性的修正1．碟形彈簧載荷一位移特性的精確解卜按照彈性力學(xué)中具有初始曲率大撓度薄板的彎曲理論，碟形彈簧在極坐標(biāo)系下的無量綱方程組為【-5]+一如憎設(shè)無量綱位移量Wo=Wh(c—P)、=(c—P)，解式(3)的第一個(gè)方程可得F=一(1，2+)({lnP+c+cz1)(4)式中：％為初始撓度參量，塒^一；為變形撓度參量，岬=；系數(shù)。I、c2由內(nèi)力邊界條件(F)P=lo和(F)P；c=o求出，且有cl一c2一h1c然后，利用伽iI．金方程可方便地求得碟形彈簧載荷一位

8、移特性的精確解為@P=()[({一t"』＼h一丟)a：+a】(s)式中：P為碟形彈簧的工作載荷；為碟簧的厚度；D為碟簧的外徑，c=O／d，d為碟簧內(nèi)徑；系數(shù)at={()lnc；=(1一{【{(c2—1)一(1l1c)】。2．美國和日本碟形彈簧的計(jì)算公式J．o．Almen和A．L且szIo采用材料力學(xué)中的S．‰henko假設(shè)，將碟形彈簧載荷一位移特性簡化成梁的彎曲變形問題，忽略了彈簧幾何中面自身的伸縮、剪切、彎曲以及徑向應(yīng)力d對(duì)撓曲變形的影響，得到了碟形彈簧載荷一位移特性的近似公式P；(手)【({一手)({(6)維

9、普資訊http://www.cqvip.com第24卷第7期易先忠等：礤彤彈簧受力分析與強(qiáng)度條件修正式中：6tll=(一)()。比較式(5)和式(6)可知(1)在定性上，精確解與近似解所描述的碟形彈簧載荷一位移特性的規(guī)律基本相同，載荷P與位移，呈線性3次冪關(guān)系。(2)在定量上，精確解與近似解存在很大差別，具體表現(xiàn)在系數(shù),fl、、a2的大小上。將／1=0．30時(shí)所求得的口l