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碟形彈簧基礎知識

瀏覽數量: 81     作者: 黃俊杰     發布時間: 2022-04-08      來源: 本站

江蘇三眾彈性技術劉部長為大家科普碟簧基礎知識:



一、 定義

碟形彈簧簡稱碟簧,猶如一只無底的金屬盤子,可以承受軸向載荷,常用金屬鋼帶、鋼板或鍛坯加工而成的彈性元件。

二、 碟簧特點

1) 在負荷作用方向上尺寸較小,且能在很小變形時承受很大負荷,軸向的空間緊湊,具有較大變形能。

2) 具有變剛度特性,根據不同的h0/t,可得到近似直線,漸減型、漸增型、零剛度乃至負剛度的特性。

3) 組合自由、方便,可以標準化生產,使用、維修、管理方便。

三、 結構形式

普通碟簧根據支承結構分為無支承面及有支承面兩種,如圖(1

三眾彈性 

                            1

 

四、 碟簧的技術要求

1) 材料在GB/T1972-2005標準中推薦使用60Si2MnA50CrVA材料,也可以選用不銹鋼、耐熱鋼或其他銅合金、鈦合金、鎳基、鈷基合金等。

2) 尺寸與形位的極限偏差:

我國標準將碟簧的尺寸、負荷精度分為一級和二級精度。尺寸包括直徑(內、外徑)、厚度、自由高度。

3) 形位極限偏差:我國標準沒有,但德國DIN2093有要求,如同心度,D502.1T11  ;D50時,為2.1T12。國標只有表面粗糙度,這些具體數據都在GB/T1972-2005

    中載明。

4) 表面處理、熱處理、強壓處理都有明確要求。表面不論是氧化、磷化都不允許有對使用有害的毛刺、裂紋和傷痕缺陷。需淬、回火處理的,淬火次數不得超過兩次,硬度在42HRC~52HRC中間,單邊脫碳層深度對1類碟簧不應超過其厚度的5%,2、3類碟簧不應超過其厚度的3%(最大不超過0.15mm.

5) 強壓處理是必須的工序。處理方法是用2Ff=0.75h0的負荷壓縮彈簧,持續時間12h,或短時壓縮,壓縮次數≮5次。

6) 特殊表面防腐處理以及強化處理特殊技術要求(如疲勞、松弛、蠕變等)均由雙方協議規定,不作為國家標準硬性規定。

五、 根據國家標準要求,碟簧制造工藝及其厚度分為三組:

Ⅰ組  厚度t<1.25mm

Ⅱ組  厚度t<1.25~6mm

Ⅲ組  厚度t>6mm

Ⅰ組生產工藝流程是:沖坯→熱處理→強壓→表面處理→終檢→包裝

Ⅱ組生產工藝流程是:沖坯→機加工內外徑→熱處理→強壓→表面處理→終檢→包裝

Ⅲ組生產工藝流程是:沖坯→全加工(外徑、內徑、平面)→熱處理→強壓→表面處理→終檢→包裝

每道工序都有過程檢驗。終檢時必須按照國家標準或工藝文件進行全面試檢。

六、 碟簧試驗與檢查的相關知識

    a.應用深度尺測碟簧自由高度

   碟形彈簧的尺寸檢查有外徑、內徑、自由高度和厚度。檢查依據是產品圖樣(成品),工藝卡(半成品)和技術標準(標準件成品)。標準碟簧產品如未注明精度要求,一般均按Ⅱ級精度檢查。如注明為Ⅰ級精度,則應按Ⅰ級精度檢查。凡出口碟簧,一般都按DIN2093“碟簧尺寸”標準檢查,與我國GB/T1972“碟形彈簧”Ⅰ級精度等同。工藝卡或工序卡中注明的尺寸允差是工藝設計者制定的,它為了保證產品的質量,可能會用自己的實踐經驗或企業標準、內控標準要求,所以檢查時必須按工藝卡(或工序卡)檢查。

碟形彈簧在檢查高度尺寸時,應用0.02mm的深度游標卡尺。測量時,游標卡尺的測量爪與碟簧的上端面需輕輕接觸,不能施以很大壓力。以免影響結果的準確性。規定以碟簧的最高點作為碟簧的自由高。對于有彈簧高度自動分選機檢查的,則它會將合格、超高、欠高三類分別隔離以便返工。

b.應用游標卡測量碟簧厚度、內孔及外圓尺寸

   測量厚度需要厚度千分尺檢查,不能用常見的外圓千分尺檢查。因與碟形彈簧壓成形、熱處理和強壓以后,上下兩個錐面會變形,可能上凸,也可能下凹。不再是一對平行直線,所以,用常見的外圓千分尺檢查會將撓曲的弦也量入,使之比真實厚度加厚,因此只能用兩端尖點的厚度千分卡檢查。

內外徑檢查用0.02mm的游標卡檢查。外徑以最大值為準,內徑以其最小值為準。對于生產批量的的碟簧,常用通止規檢查。檢查碟簧內外徑的依據和檢查高度一樣,分為成品、半成品,也按國標、工藝卡(工序卡)或產品標準檢查。

c.用平板與塞尺相結合檢查碟簧支承面平度

GB/T1972-2005“碟形彈簧”國家標準未對碟形彈簧支承面平度有要求。但GB/1972-80老標準的技術要求中提到碟簧兩支承面的平行度不得大于(表1)的規定:

                                       1

精度要求

外徑D

818

>1840

>4063

>63~100

>100~160

>160~250

>250~450

平行度

1

0.04

0.05

0.06

0.08

0.10

0.12

0.15

2

0.06

0.08

0.10

0.12

0.15

0.20

0.25

碟簧支承面(A型為圓線)與檢查平臺間的最大間隙不得大于表的規定,間隙的累加總弧長不得大于圓周長的1/3(檢查間隙可在2%Pf=0.75h0的負荷下進行,但最大不超過30kgf

檢查碟簧支承面平度只需檢查外徑支承面,將碟簧放置量在平板上(Ⅱ級精度即可),用厚度為0.02mm的塞尺進塞縫(根據其剛度結構,可在2%Pf=0.75ho的負荷下進行,不超過30kgf),對應上表判定合格不合格,同時還可測其累加總弧長是否>總長的1/3,如大于則判為不合格。

 

d.檢查碟簧成形缺陷

碟形彈簧成形后,應是一個圓錐體,在圓錐面實際上很難是一個平面,往往這個面上的每條半徑線都是彎曲的。(除了鍛坯削后的錐面是一直線,只是半成品)如果曲線上彎,則碟簧所測之力便大,反之便小,因此不宜太彎。如果試樣發現力值超差,除了厚度主要因素外,往往這個曲率是其關鍵影響因素。

新標準GB/T1972-2005對支承面寬度沒有提出技術要求,,老標準GB1972-80提出-0.5b+1b的允差,實際上對此可不必苛求,主要是支承面寬窄影響著力F的大小。越寬,力F越大;反之,力F減少。由于碟形彈簧成形工裝設計不當或操作不按工藝,會造成同一片碟簧上支承面寬窄不一,因此檢查出明顯不一時需向生產者發出警告。

3.5.2.2彈簧負荷、剛度檢查

碟形彈簧負荷及剛度曲線

碟形彈簧與普通圓柱螺旋彈簧不同,一般不能使變形和負荷成虎克定律,P-f不是一根直線。碟形彈簧P-f曲線是根據ho/t來決定的。標準碟簧A系列ho/t=0.4,近似一根直線,B系列ho/t=0.75為一漸減性曲線,C系列碟簧ho/t=1.3,如果ho/t>1.3,此時的碟形彈簧受力狀態就不穩定了,在強壓和測力時會翻邊,測力曲線會發生突變。ho/t再增大,還會產生零剛度和負剛度曲線,具體見圖(2

三眾彈性3 

              2                                 3

 

為什么國家標準規定的P值一定要在Pf=0.75ho檢查呢?其原因主要是標準推薦的計算公式和實際測定值是有差別的,如圖(3)所示,只有在Pf=0.6hoPf=0.8ho之間比較吻合。f<0.6ho時,實測值小于理論偏值,f>0.8ho實測值大于理論值,加之對交變負荷作用的f不宜>0.75ho以上,所以認定為Pf=0.75ho為宜。

組合檢查時要用專用壓具,其導向件單邊間隙要符合表(2)的規定。導向件導向表面的硬度最低不小于55HRC,導向件表面粗糙度Ra<3.2μm。

                                 2

dD

間隙

dD

間隙

16

0.2

>31.5~50

0.6

>16~20

0.3

>50~80

0.8

>20~26

0.4

>80~140

1

>26~31.5

0.5

>140~250

1.6

 

七、碟形彈簧的檢查

    碟簧的幾何尺寸、特性、疲勞試驗應在永久變形檢驗后進行。

1)幾何尺寸

11  厚度

      碟簧的厚度用千分尺在碟簧中心處沿圓周測量至少3點,取最大值。

12  直徑

      碟簧的直徑用分度值小于002 mm的游標卡尺測量,圓周范圍內至少測量3點,外徑取最大值,內徑取最小值。

13  自由高度

      碟簧的自由高度在二級精度平臺上,用分度值小于002 mm的游標深度尺測量。圓周范圍內至少測量3點,取最大值。

2) 特性

21  負荷

211  單片碟簧

    單片碟簧的負荷在精度不低于1%的試驗機上進行,測量加載到Ho075 h。時的負荷或Ho075h0·i(i10片,對合組合)時的負荷,試驗時要用潤滑劑,兩端的壓板硬度必須在52 HRC以上,表面粗糙度Ra1.6μm。

212  組合碟簧

    組合碟簧的負荷在精度不低于1%的試驗機上進行,測量加載和卸載到H0075 ho·i(即指定高度)時的負荷。試驗時要用潤滑劑,兩端的壓板硬度必須在52 HRC以上,表面粗糙度Ra<16μm;導向件應符合國標中的要求。組合碟簧的試驗要求由供需雙方協議規定。

22  永久變形

    碟簧的永久變形在試驗機上用兩倍的/f075h。時的負荷將成品碟簧壓縮3次,測量第2次和第3次壓縮后的自由高度,其差值即為永久變形量。永久變形檢驗后碟簧的自由高度應符合國標規定限偏差范圍內。

23  硬度

    碟簧硬度按GBT2301GBT43401的規定,厚度<1 mm,在維氏(或表面洛氏)硬度計上進行;厚度≥1 mm,在洛氏硬度計上進行。試驗壓痕應在碟簧上表面的中心處。每件打4點,第1點不考核,取后3點的平均值。

24  脫碳檢驗

    碟簧脫碳層深度按GBT 224的規定進行。

3)表面質量

    碟簧的表面質量用10倍放大鏡,目測檢查。

4) 表面粗糙度

    碟簧的表面粗糙度用粗糙度比較樣塊檢驗。

5) 防腐

    碟簧表面防腐按選定防腐方法的相關規定檢驗。

6) 疲勞試驗

61  單片碟簧

單片碟簧在疲勞試驗機上用等幅正弦波負荷進行試驗。試驗可以單片進行,也可以由小于或等于10片的樣本對合成一組進行。試驗前必須加預壓,其單片變形量f0=(0.15~0.2)H0。

6.2 組合碟簧   

 組合碟簧的疲勞試驗由供需雙方協議規定。

八、檢驗規則

1. 缺陷分類

1.1 A缺陷項目:疲勞,脫碳,硬度。

1.2 B缺陷項目:Ho-0.75h0時負荷,內徑、外徑、永久變形。

1.3 C缺陷項目:厚度,自由高度,表面質量,表面粗糙度。

2. 檢查水平

碟簧產品檢查按GB/T2828.1中特殊檢查水平S-4。

樣本大小字碼、抽樣方案、合格質量水平、檢驗分類具體見GB/T1972-2005規定,這里要強調的是型式檢驗。有下列情況之一時,應進行型式檢驗:

a) 新產品試制鑒定時;

b) 正式生產后,材料、工藝有較大改變,可能影響產品性能時;

c) 產品停產兩年后,恢復生產時。

型式檢驗項目為:A缺陷項目中的脫碳、硬度及B、C缺陷項目


SUNZO擁有自己的研發團隊和測試中心,參與了有關碟形彈簧的最新國家行業標準和國際ISO標準的制定。

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