碟形弹簧受力分析与强度条件修正

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1、维普资讯http://www.cqvip.com，yJ--n第24卷第7期石油机械l996年碟形弹簧受力分析与强度条件修正眭满仓登明黄伯棠(江汉石油学院)摘要GB1972-80碟形弹簧受力分析与强度计算的数据和公式是引用了美国、日本弹簧设计手册中的数据和近似公式，误差较大。提出用修正系数对近似公式进行修正，并给出精确解和有关计算图表。试验研究表明，采用国产60Si2MnA钢高温形变热处理工艺制造碟形弹簧，其机械物理性能可达到美、日同类钢种常规热处理工艺水平，GB1972-80的强度条件仍然适用。主题词丝堑茎生坌堑

2、热处理墨墨方法修正_]}

3、7-／-／／22G聊2—8。中碟形弹簧设计方法的不足按照材料的强度理论，工程零件在工作过程中，不论是以流动形式失效，还是以脆断或疲劳形式破坏，在结构设计和安全性校核时都应遵循如下强度条件≤lJ≤(或O"b、一I)(1)式中：O'r,d为零件危险截面危险点的最大相当应力；[]为材料的许用应力；O"s为材料的屈服极限(为强度极限；1为疲劳极限)。碟形弹簧国家标准GB1972-80[1,2；中把变化次数Ⅳ

4、即)，推荐静载碟形弹簧选材为60Si2MnA，其强度条件为f当f／h=0．75时，【IJ=1960～2352MPa【当f／h：1．CO时，[T]：2548～2940MPa⋯式中：，为碟形弹簧内径中面的位移；h为碟形弹簧的内锥高度。参照GB1222-84<弹簧钢的化学成分和机械性能>和GB1239----76<弹簧材料及许用应力>，式(2)中第一个强度条件的许用应力[T]的取值已远远超出60Si2MnA的强度极限·易先忠，讲师．生于1963年、1986年获西南石袖学院石油机械工程硬士学位，现从事机电一体化的教学与科

5、研工作．任机电工程教研室副主任．本刊通讯员。地址：(434102)蝴北省荆沙市。电话：(a7l6)421~2(宅)。(收籍日期：I9'95—10-30)维普资讯http://www.cqvip.com10石油机械1996生=1568蛐Pa。这是不符合式(1)所表示的强度理论准则的。GB1972—8O采用的是美国<弹簧设计手册)中提供的数据，国产硅锰弹簧钢60Si2MnA虽然元素成分和含量与SAE9260、SAE9255相当，与日本J璐标准中的SUP6、SUP7相近，但机械物理性能却相差较大(例如SUP6钢，850

6、。c油淬30min后400。c回火保温1h，其抗拉强度便可达到1960MPa以上)。另外，GB1972—8O中碟形弹簧的应力计算公式也是引用美国规范。日本与美国的计算公式表达形式不同J，但精度相当，都是采用J．O．AIln∞和A．I丑sdo于1936．年提出的近似计算方法，此方法误差较大。在碟形弹簧的设计中，若忽略国产钢材与国外的差距，完全套用国外的数据和公式，无疑是不科学的。文献[4]、[5]、[6]从理论与试验两方面对碟形弹簧的基本特性参数进行了定量分析，本文将在此基础上，提出对GB1972-80中碟形弹簧设

7、计方法辨的不足进行修正和完善的见解。碟形弹簧载荷一位移特性的修正1．碟形弹簧载荷一位移特性的精确解卜按照弹性力学中具有初始曲率大挠度薄板的弯曲理论，碟形弹簧在极坐标系下的无量纲方程组为【-5]+一如憎设无量纲位移量Wo=Wh(c—P)、=(c—P)，解式(3)的第一个方程可得F=一(1，2+)({lnP+c+cz1)(4)式中：％为初始挠度参量，埘^一；为变形挠度参量，岬=；系数。I、c2由内力边界条件(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弹簧载荷一位

8、移特性的精确解为@P=()[({一t"』＼h一丢)a：+a】(s)式中：P为碟形弹簧的工作载荷；为碟簧的厚度；D为碟簧的外径，c=O／d，d为碟簧内径；系数at={()lnc；=(1一{【{(c2—1)一(1l1c)】。2．美国和日本碟形弹簧的计算公式J．o．Almen和A．L且szIo采用材料力学中的S．‰henko假设，将碟形弹簧载荷一位移特性简化成梁的弯曲变形问题，忽略了弹簧几何中面自身的伸缩、剪切、弯曲以及径向应力d对挠曲变形的影响，得到了碟形弹簧载荷一位移特性的近似公式P；(手)【({一手)({(6)维

9、普资讯http://www.cqvip.com第24卷第7期易先忠等：礤彤弹簧受力分析与强度条件修正式中：6tll=(一)()。比较式(5)和式(6)可知(1)在定性上，精确解与近似解所描述的碟形弹簧载荷一位移特性的规律基本相同，载荷P与位移，呈线性3次幂关系。(2)在定量上，精确解与近似解存在很大差别，具体表现在系数,fl、、a2的大小上。将／1=0．30时所求得的口l