畢業(yè)設(shè)計(jì),鄒蓓

1、蝶形彈簧簡(jiǎn)介：一種外形似圓環(huán)墊片樣的，而材質(zhì)不同的金屬的機(jī)械配件-特種彈簧。又因外形似碗碟狀，故稱蝶形彈簧。碟形彈簧成圓錐形盤(pán)狀，作為密封輔助件，既可以單個(gè)使用，又可以多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)使用，在上內(nèi)緣和下外緣處承受沿軸向作用的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)載荷，被壓縮后產(chǎn)生變形，直至被壓平，以儲(chǔ)存能量形式作為活載荷，在必要時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為密封所需要的附加壓縮載荷，來(lái)降低墊片、填料使用中對(duì)上緊的持續(xù)要求，減少不必要的停機(jī)維修時(shí)間和泄漏損失。一般來(lái)說(shuō)，它是通過(guò)相當(dāng)數(shù)量的疊加來(lái)提供足夠彈性伸展，而發(fā)揮作用的。由于有變剛度特性和安裝緊湊等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備工業(yè)、石油工業(yè)、汽車工業(yè)以及航空航天工業(yè)等領(lǐng)域。很大范圍取代了圓柱形

2、螺旋彈簧。結(jié)構(gòu)類型：用金屬帶材，板材或鍛造坯料沖壓而成的截錐形薄片彈簧，它的負(fù)荷與變形呈非線性關(guān)系。 一般分為普通的蝶形彈簧，帶徑向溝槽的蝶形彈簧，梯形截面蝶形彈簧。由于單片蝶形彈簧的變形量和負(fù)荷值往往不能滿足要求。所以一般組合使用。特點(diǎn)：小變形高承載能力、節(jié)省空間、通過(guò)不同的搭配組合可獲得理想的加載特性碟形彈簧(碟簧)的分類與選型： 碟形彈簧(碟簧)按其用途可分為防松碟簧、高溫預(yù)緊碟簧、高扭力預(yù)緊碟簧、緩沖拉伸碟簧，根據(jù)具體工況選擇制作材質(zhì)。防松碟簧：防松碟簧主要作用1載荷不是太大，但震動(dòng)劇烈的螺栓上。2能有效防止螺栓松動(dòng)、倒絲等現(xiàn)象。3能起到鎖緊的功能，補(bǔ)償了預(yù)緊力，確保密封持久可靠。4防

3、松碟簧對(duì)螺栓與設(shè)備均有良好的通用性。高溫預(yù)緊碟簧： 高溫預(yù)緊碟簧適用于1高溫環(huán)境下各種法蘭的螺栓預(yù)緊。2各種管道法蘭、閥門(mén)、換熱器。高溫預(yù)緊碟簧適用于3反應(yīng)釜、攪拌器、泵、離心機(jī)等的法蘭螺栓預(yù)緊。高扭力預(yù)緊碟簧：該高扭力預(yù)緊碟簧應(yīng)用在大載荷、高扭力場(chǎng)合。高扭力預(yù)緊碟簧的應(yīng)用1 閥門(mén)、管道法蘭螺栓預(yù)緊2 風(fēng)機(jī)、泵、離心機(jī)的地腳螺栓和法蘭預(yù)緊3 換熱器、反應(yīng)釜、攪拌器的法蘭螺栓預(yù)緊4 離合器、發(fā)電機(jī)、管道支吊架裝置的預(yù)緊電力母線螺栓預(yù)緊5 、緩沖裝置、剎車裝置、高壓電纜補(bǔ)償裝置等設(shè)備的各種其他工程應(yīng)用。緩沖拉伸碟簧：該緩沖拉伸碟簧廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中的大型設(shè)備中，如制動(dòng)器、安全過(guò)載荷裝置、機(jī)械啟動(dòng)器

4、、工業(yè)電爐、離合器、模具等。碟形彈簧的選材  現(xiàn)階段，我國(guó)碟形彈簧采用的材料有高質(zhì)量的彈簧鋼60Si2MnA、50CrVA或特殊材料，如不銹鋼、鉻鎳鐵合金等。其中特殊材料、不銹鋼、鉻鎳鐵合金等適用于高溫和腐蝕性環(huán)境。然而，我們發(fā)現(xiàn)想找到一種材質(zhì)，同時(shí)滿足高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、抗磁場(chǎng)，是不可能的，只能尋求某種性能的最大化，比如高強(qiáng)度或耐高溫、腐蝕。因此用戶在訂購(gòu)碟簧時(shí)，一定要寫(xiě)清楚工況要求，我們的技術(shù)人員會(huì)充分考慮那些最不利的因素，擇其一種合適材質(zhì)，推薦使用。下面我們列出國(guó)外比較典型的碟簧材料 ，供參考：標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用   材料 Ck7550CrV4X12Cr

5、NI 177X7CrNIAl 177X35CrMo17X22CrMoV 121DIN標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 1.1248 1.8159 1.4310 1.4568 1.4122 1.4923 化學(xué)組成(%)C 0.7-0.8 0.47-0.55 0.12 0.09 0.35 0.2 Si 0.15-0.35 0.15-0.40 1.5 1 1 0.3 Mn 0.6-0.8 0.7-1.1 2 1 1 0.6 P max 0.035 0.035 0.03 0.035 S max 0.035 0.035 0.03 0.035 Al 0.75-1.5 Cr 0.9-1.2 16-18 16-18 16.5 12 N

6、i 6-9 6.5-7.75 0.6 V 0.1-0.2 0.6 Mo 1.15 1 彈性模量(N/mm2)206000 206000 190000 195000 206000 206000 特殊應(yīng)用  材料Inconel X750Inconel 718Nimonic 90A286 AlloyFV520BCuBe2DIN標(biāo)準(zhǔn)號(hào)2.46682.49691.49802.1247化學(xué)組成(%)C0.080.080.090.080.048Si0.50.35110.37Mn10.35121.05P max0.0150.020S max0.010.0150.0150.014Al0.4-10.2-

7、0.81-20.35Cr14-1717-2118-2113.5-1616-18Ni 7050-55Rest24-275.47+Co=0.2-0.6V0.1-0.5Mo2.8-3.31-1.751.72WTi2.25-2.750.65-1.152-31.9-2.30.10Be1.95Cu0.50.30.22.08RestCo115-21Fe5-92Nb0.953碟形彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算（一） 3.1碟型彈簧理論碟型彈簧是承受軸向載荷的錐形環(huán)狀盤(pán)片。一般情況下，盤(pán)片厚度恒定不變，載荷均勻分布在上表面內(nèi)邊緣和下表面外邊緣。碟型彈簧通常用彈簧鋼制成，可以承受靜態(tài)載荷，非交變載荷或動(dòng)態(tài)載荷，能夠滿足嚴(yán)格的疲

8、勞壽命和加載損失的要求。與其它類型彈簧相比，碟型彈簧具有如下特性：小變形，大承載能力 與其它類型彈簧相比，具有較高的空間利用率 正確的尺寸設(shè)計(jì)可以獲得高疲勞壽命和低加載損失/蠕變傾向不同的彈簧組合方式可以獲得所需要的載荷特性曲線可以采用各種特殊材料和表面涂層方式采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸產(chǎn)品可以降低成本。性能和結(jié)構(gòu) 載荷特性曲線反映碟型彈簧的載荷-變形特性。根據(jù)尺寸情況，載荷特性曲線或多或少都是逐步遞減直至水平狀態(tài)。特殊情況下，也可將其設(shè)計(jì)成變形超出水平狀態(tài)。碟型彈簧通常作為模塊化組件使用。一組單片碟型彈簧按照相同方向疊合使用，稱作疊合組合碟型彈簧：反之，一組單片碟型彈簧按照不同方向交替對(duì)合使用，稱作對(duì)合組

9、合碟型彈簧。疊合組合情況下，碟型彈簧組的變形與單個(gè)彈簧相同，給定變形量時(shí)的載荷則是單個(gè)彈簧的n倍（n=碟型彈簧組內(nèi)單片彈簧片數(shù)）。對(duì)合組合情況下，碟型彈簧組變形時(shí)彈簧組內(nèi)單片彈簧變形量的總和，載荷則與單片彈簧相同。對(duì)于由單片碟型彈簧或彈簧組組成的組合碟型彈簧的變形和載荷計(jì)算，上述因素應(yīng)考慮在內(nèi)?？梢酝ㄟ^(guò)將由不同片數(shù)碟型彈簧組成疊合組合彈簧或不同厚度的單片碟型彈簧組合成碟型彈簧組來(lái)獲得遞增的載荷特性曲線在這種情況下，彈簧組達(dá)到壓平位置或極限行程后，單片彈簧或組合彈簧將不再對(duì)彈簧的變形量產(chǎn)生影響。3.碟形彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算（二）3.2按照DIN2093分類 碟型彈簧的設(shè)計(jì)、檢測(cè)和生產(chǎn)已按照DIN20

10、92標(biāo)準(zhǔn)（碟型彈簧、計(jì)算）和DIN2093標(biāo)準(zhǔn)（碟型彈簧、尺寸、質(zhì)量要求）進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。按照DIN2093標(biāo)準(zhǔn)，碟型彈簧可以分為三組：第一組：盤(pán)片厚度t小于1.25mm第二組：盤(pán)片厚度t 1.25mm至6mm第三組：盤(pán)片厚度t大于6mm至14mm第一組和第二組彈簧沒(méi)有支撐面，第三組彈簧帶有支撐面 下表為DIN2093標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碟型彈簧生產(chǎn)的要求組別加工方法表面光潔度 上表面和下表面內(nèi)邊緣1沖壓、冷成形、倒角Ra3.2Ra12.52沖壓、冷成形、De和Di車削，倒角Ra6.3Ra6.3精密切割、冷成形Ra6.3Ra3.23冷成形或熱成形，四周切削，倒圓Ra12.5Ra12.5其它加工方法，

11、如激光束切割、水射流切割等可用于特殊碟型彈簧的生產(chǎn)。除矩形截面，邊緣倒圓的碟型彈簧外，還有以下類型的碟型彈簧：梯形截面碟型彈簧開(kāi)槽型碟型彈簧開(kāi)槽型碟型彈簧廣泛用于連軸器和變速箱，而矩形截面碟型彈簧的應(yīng)用則并不常見(jiàn)。3.碟形彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算（三）3.3單個(gè)碟形彈簧的計(jì)算DIN2092標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)闡述了碟型彈簧變形行為的計(jì)算公式，該計(jì)算過(guò)程由ALME和LASZLO推導(dǎo)。盡管還有其它一些更為精確的分析等式，但該公式的準(zhǔn)確性足以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。 按照這些分析等式，碟型彈簧的變形行為被假設(shè)為矩形截面圓環(huán)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心S的一維旋轉(zhuǎn)過(guò)程，忽略徑向應(yīng)力，只考慮切向應(yīng)力。不考慮材料塑性變形和變形殘余應(yīng)力，變形過(guò)程中橫截面積矩形，載荷終施加內(nèi)外邊緣I和III處。Mubea公司提供碟形彈簧的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序。 3.4按照DIN加載的無(wú)支撐面碟形彈簧說(shuō)明 碟型彈簧載荷特性曲線的形狀由ho/t值決定。假定在容許的載荷極限內(nèi)彈簧變形不受制，可獲得圖所示的載荷特性曲線。按照DIN2093標(biāo)準(zhǔn)化的A、B、C三種系列碟形彈簧的載荷特性曲線如下：3.碟形彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算（四） 3.5加載應(yīng)力 在碟型