碟形弹簧、蝶形垫圈必知常识

前言：江苏三众弹性技术刘同胜部长参与制定碟簧国家标准，刘部长分享碟簧必知常识，帮助碟簧应用厂家技术人员更好的了解碟簧的应用知识，进一步提高应用产品的品质。

一、碟形弹簧的主要参数：

h₀ = H₀ – t — 内锥高度， 单位均为 mm。

H 12（13）— 基轴制允许偏差 12（13）分别代表级别；

h 12（13）— 基孔制允许偏差 12（13）分别代表级别；

A系列指 h₀ /t ≈ 0.4 ，D/t ≈ 18，共29个规格

B系列指 h₀ /t ≈ 0.75，D/t ≈ 28，共29个规格

C系列指 h₀ /t ≈ 1.3 ，D/t ≈ 40，共29个规格

二、应力、力学特性及其它一些知识

形象地说，应力就是物体抵抗外力在内部产生的力，应力有拉应力、压应力、剪切应力、弯曲应力、屈服应力、扭转应力等等。碟形弹簧应力用σ_Ⅰ、σ_Ⅱ、σ_Ⅲ、σ_Ⅳ、σ_OM、来标注。详见下图：

σ_OM是碟簧中心层中心点往上表面OM处的应力，设计碟簧时，

σ_OM ≤ 1400 ~ 1600 MPa。

σ_Ⅰ 是碟簧内径上周的应力，设计时 ≤ 3000 MPa。

σ_Ⅱ 是碟簧内径下周的应力，σ_Ⅲ 是碟簧外径下周的应力，对于受动载的碟簧，它们的值分别不宜 >1300、1250、1200MP_a。

σ_Ⅳ 是外径上表面的应力，一般不会使碟簧产生失效。

MPa是压强应力的符号，就是N/mm²的符号。

三、碟簧可以受静载，也可以受动载，静载如当垫片用，它一可以作为紧固件，二可以作为热胀冷缩的保护件，特别在机械密封中用的多。

一般寿命次数不超过一万次。动载荷用途就多了，如存储能量、安全吸震、防松防震、自动控制等等。几乎所有机械部件中都可以用到，特别在重载荷条件下，它的单位储存能量最大。

四、碟簧的优点主要是：

1、体积小、储能大。节约空间，节约资源，使主机体积大大缩小；

2、可以用不同的h₀ / t来获得近似直线、渐减性、渐增性、零刚度、负刚度等曲线；

3、组合使用方便，可对合，可叠合，可又叠又对，可单独使用；

4、设计合理，可获得2×10⁶以上寿命。

五、寿命决定因素很多，如材料、工艺、设计、使用、环境等问题。设计寿命主要决定于应力比，即σ_{min /} σ_max，在三组图中回归获得：

Ⅰ组 t ≤ 1.25 mm σ_Ⅱ、σ_Ⅲ 最大等于1300 MPa；

Ⅱ组 t ≥ 1.25 ~ 6mm σ_Ⅱ、σ_Ⅲ 最大等于1250 MPa；

Ⅲ组 t≥ 6 ~ 14mm σ_Ⅱ、σ_Ⅲ 最大等于1200 MPa；

寿命分为2×10⁶ 、5×10⁵ 、1×10⁵和<1×10⁵ 四种，从GB/T1972—2005标准P22、P23的图C.9～C.11可知：横坐标为疲劳强度的下限应力σ_{r min}(N/mm²)，纵坐标则为上限应力σ_{r max}，如果我们知道碟簧的最大载荷和最小载荷或最大位移与最小位移，则可求出σ_{r min}与σ_{r max} ,在纵横坐标上找出相应的点，即可知道它的预期寿命是多少。为了获得高寿命，预载位移h₀₁至少应为0.15 — 0.2h₀，最大位移不宜超过0.75h₀。

六、我们前面提到的设计合理，所谓合理就是有如下几点原则：

1、σ_OM≯ 1400 ~ 1600 MPa ，（ 材料与热处理、喷丸等工艺决定）；

2、σ_Ⅰ ≯ 3000 MPa ；

3、h₀ /t ≯ ，如果 ＞ ，则会翻边，H₀不稳定；

4、如果超应力，则不能按标准要求强压，压平五次。所谓超应力，就是σ_OM ＞ 1400 ~ 1600 MPa ，σ_Ⅰ ＞ 3000 MPa ，此时可以限压。

七、碟形弹簧制造工艺按标准分为三种：

1、Ⅰ组碟簧，即t ≤ 1.25 mm，可用高碳钢制造，65Mn的就很好了，它的流程最简单：

这里没有任何机加工。

2、Ⅱ组碟簧即1.25 ＜ t ≤ 6 mm，按标准不能用65Mn材料，一般应该用60Si2MnA或50CrVA，流程是：

这里是内外圆都必需加工，否则冲压后的撕裂纹影响寿命。根据我国国情t ＞ 3 mm以上难有好的冷轧板、带，如用国产热轧板，则需先对材料表面剥皮、或车或磨到一定精度，外表不能有氧化脱碳层。

3、Ⅲ组碟簧即6 ＜ t ≥ 14 mm的碟簧，应选用锻造锥坯加工。如条件不够，则可先锻成平坯，以后再成锥。流程如下：