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DIN2093-德標碟形彈簧

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產品描述

參數

產品詳情：

碟形彈簧設計計算

碟形彈簧型式品種繁多，設計計算方法也有數十種之多。這里只介紹普通等截面碟形彈簧的標準GB/T1972-2005采用的設計計算方法。

碟形型式

單片碟形彈簧的結構型式分兩種：一種是無支承面碟形彈簧（圖1-a）；另一種是有支承面碟形彈簧（圖1-b）。

圖1-a 無支承面圖1-b有支承面

2、 碟簧尺寸、參數名稱及單位

碟簧尺寸、參數名稱、代號及單位按表1的規定。

表 1

尺寸、參數名稱	代號	單位
外徑	D	mm
內徑	d
中性徑	D0
厚度	t
有支承面碟簧減薄厚度	t′
單片碟簧的自由高度	H0
組合碟簧的自由高度	Hz
無支承面碟簧壓平時變形量的計算值 h0 = H0 - t	h0
有支承面碟簧壓平時變形量的計算值h0′ = H0 - t′	h0′
支承面寬度	b
單片碟簧壓平時的計算高度	Hc
組合碟簧壓平時的計算高度	Hzc
單片碟簧的負荷	F	N
壓平時的碟簧的負荷的計算值	Fc
與變形量fz對應的組合碟簧負荷	Fz
考慮摩擦時疊合組合碟簧負荷	FR
對應于碟簧變形量f1 ，f2 ，f3 ，…… 的負荷	F1，F2 ，F3 ，……
單片碟簧在f = 0.75 h0 時的負荷	Ff = 0.75 h0
與碟簧負荷F1，F2 ，F3 ，……對應的碟簧高度	F1，F2 ，F3 ，……	mm
單片碟簧的變形量	f
對應于碟簧負荷F1，F2 ，F3 ，……的變形量	f1 ，f2 ，f3 ，……
不考慮摩擦力時疊合組合碟簧或對合組合碟簧的變形量	fz
負荷降低值（松弛）	ΔF	N
高度減少值（蠕變）	ΔH	mm
對合組合碟簧中對合碟簧片數或疊合組合碟簧中疊合碟簧組數	i
疊合組合碟簧中碟簧片數	n
碟簧剛度	F′	N/mm
碟簧變形能	U	N·mm
組合碟簧變形能	UZ	N·mm
直徑比C = D/d	C
碟簧耐久性破壞時負荷不斷重復次數	N
摩擦系數	fM，fR
彈性模量	E	N/mm2
泊松比	μ
計算系數	K1，K2 ，K3 ，K4	N/mm2
計算應力	σ	N/mm2
位置OM、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ處（見圖1）的計算應力	σOM，σⅠ，σⅡ，σⅢ，σⅣ	kg
變負荷作用時計算上限應力	σmax
變負荷作用時計算下限應力	σmin
變負荷作用時對應于工作行程的計算應力幅	σa
耐久性強度上限應力	σr max
耐久性強度下限應力	σr min
耐久性強度應力幅	σra
質量	m
注：中性徑指碟簧截面翻轉點（中性點）所在圓直徑。 D0 =（D – d）/ ㏑（D/d）		kg

3、碟簧組合方式

碟簧組合方式分還是為對合（圖2）及疊合（圖3）兩種，可混合組合（圖4）

圖2對合組合碟簧

圖3疊合組合碟簧

圖4 可混合對合組合碟簧

對于杠桿臂的縮短，可以影響力的大小，所以碟形彈簧就派生出有支承面的碟簧，這樣無支承面碟簧在上下面的支承面的影響下，力增大了。為使標準碟簧力不變，這樣就可以將原有厚度減薄，一來節約資源，二來降低重量。所以標準碟簧的支承面寬度一般在D/150左右，其減薄比例為表2：

表 2

厚度比	A	B	C
t`/t	0.94	0.94	0.96

當碟簧厚度t ≧ 6.5 mm 時才有應用，因為標準規定碟簧厚度t≧ 6.5 mm時是用鍛坯加工的。

③、碟形彈簧f- F特性線不是線性的，不同的h0／t有不同的特性線。

④、碟形彈簧的理論計算公式與實際有差異。

例如：B50碟簧計算和實測特性曲線有如圖差異。

其原因有：⒈）碟簧的理論與實際有不符之處；

⒉）當f / h0 > 0.75時，由于實際杠桿臂縮短，碟簧負荷比計算值要大，這部分的計算特性曲線與實測特性曲線有較大的差別，所以標準對負荷的偏差用Ff = 0.75h0考核。

⑤、疊合組合碟簧 FZ = n · F

fz = f

Hz = H0 + (n-1) ·t

⑥、對合組合碟簧 FZ = F

fz = i · f

Hz = i · H0

⑦、復合組合碟簧 FZ = n · F

fz = i · f

Hz = i ·[ H0 + (n-1) ]·t

⑧、實際設計與使用中要考慮摩擦力，具體加減系數可參見GB / T1972-2005。

5、壽命設計

碟簧作用負荷不變或在長時間內有偶然變化，在規定壽命內變化次數 < 1×10次，稱之為靜載荷。而作用在碟簧上的負荷在預加負荷F1和工作負荷F2之間不斷重復變化，在規定壽命內變化次數 > 1×10次，稱之為變負荷。

靜載荷承載前用壓平負荷效驗Ff = h0產生的σOM ，應接近彈簧材料的屈服σs ，如用標準中的彈簧鋼，一般σs = 1400–1600 N/mm2。

變載荷的壽命是由Ⅱ處或Ⅲ處的預載和終載決定的。預載產生的應力為σmin ，終載產生的應力為σmax 。

有了這兩個預載，根據不同的厚度，再到GB / T1972-2005標準中三個疲勞強度曲線圖中找出對應的壽命線域。如圖所示。

圖 6 t < 1.25 mm 碟簧的疲勞強度曲線圖

圖 7 1.25 mm ≤ t ≤ 6 mm 碟簧的疲勞強度曲線圖

圖8 6 mm < t ≤ 16 mm 碟簧的疲勞強度曲線圖

碟形彈簧尺寸最大允許誤差

一、厚度最大允許誤差

厚度最大允許誤差見表1。

表1 厚度最大允許誤差　　單位為毫米

組別	t(t’)	最大允許誤差
1	0.2≤t≤0.6	+0.03 –0.06
1	0.6＜t＜1.25	+0.03 ?0.09
2	1.25≤t≤3.8	+0.04 ?0.12
2	3.8＜t≤6.0	+0.05 ?0.15
3	6.0＜t≤14.0	±0.10

二、外徑、內徑的最大允許誤差

碟簧的外徑、內徑最大允許誤差按GB/T1800.4 標準要求，見表2。

碟簧的外徑、內徑最大允許誤差分為Ⅰ級和Ⅱ級。

表2 外徑、內徑最大允許誤差單位為毫米

外徑或內徑

Ⅰ級（h12）

Ⅱ級（h13）

Ⅰ級（H12）

Ⅱ級（H13）

＞3～6

?0.12

?0.18

+0.12

+0.18

＞6～10

?0.15

?0.22

+0.15

+0.22

＞10～18

?0.18

?0.27

+0.18

+0.27

＞18～30

?0.21

?0.33

+0.21

+0.33

＞30～50

?0.25

?0.39

+0.25

+0.39

＞50～80

?0.3

?0.46

+0.3

+0.46

＞80～120

?0.35

?0.54

+0.35

+0.54

＞120～180

?0.4

?0.63

+0.4

+0.63

＞180～250

?0.46

?0.72

+0.46

+0.72

三、自由高度最大允許誤差

表3 單片碟簧的自由高度最大允許誤差單位為毫米

組別	t(t’)	最大允許誤差
1	＜1.25	+0.10 ?0.05
2	1.25≤t≤2	+0.15 ?0.08
	2＜t≤3	+0.20 ?0.10
	3＜t≤6	+0.30 ?0.15
3	6＜t≤16	±0.30

四、碟簧負荷

碟簧的檢測負荷Ft，是在測試高度Ht=H0-0.75h0這一位置測得的。碟簧的負荷最大允許誤差見表5。如有其他特性要求或測試組合碟形彈簧，碟簧的負荷最大允許誤差應由供需雙方協議商定。

表5 碟簧負荷最大允許誤差

組別	t mm	最大允許誤差（一級） Ft（Ht=H0-0.75h0） N	最大允許誤差（二級） Ft（Ht=H0-0.75h0） N
1	t＜1.25	+25% ?7.5%	+30% -10%
2	1.25≤t≤3	+15% ?7.5%	+20% ?10%
2	3＜t≤6	+10% ?5%	+15% -7.5%
3	6＜t≤16	±5%	±10%

碟簧尺寸、型號、設計值

一、A系列尺寸

碟形彈簧：D/t≈18，h0/t≈0.4，E=206000MPa，ν=0.3。

A系列尺寸參數見表1。

表1　A系列碟簧尺寸

組別	D mm	d mm	t或tfa mm	h0 mm	H0 mm	Ft N	Ht mm	σⅡ MPa	σOM MPa
組別	D mm	d mm	t或tfa mm	h0 mm	H0 mm	s≈0.75h0			s≈h0
1	8	4.2	0.4	0.2	0.6	210	0.45	1218	?1605c
	10	5.2	0.5	0.25	0.75	325	0.56	1218	?1595
	12.5	6.2	0.7	0.3	1	660	0.77	1382	?1666c
	14	7.2	0.8	0.3	1.1	797	0.87	1308	?1551
	16	8.2	0.9	0.35	1.25	1013	0.99	1301	?1555
	18	9.2	1	0.4	1.4	1254	1.1	1295	?1558
	20	10.2	1.1	0.45	1.55	1521	1.21	1290	?1560
2	22.5	11.2	1.25	0.5	1.75	1929	1.37	1296	?1534
	25	12.2	1.5	0.55	2.05	2926	1.64	1419	?1622c
	28	14.2	1.5	0.65	2.15	2841	1.66	1274	?1562
	31.5	16.3	1.75	0.7	2.45	3871	1.92	1296	?1570
	35.5	18.3	2	0.8	2.8	5187	2.2	1332	?1611c
	40	20.4	2.25	0.9	3.15	6500	2.47	1328	?1595
	45	22.4	2.5	1	3.5	7716	2.75	1296	?1534
	50	25.4	3	1.1	4.1	11976	3.27	1418	?1659c
	56	28.5	3	1.3	4.3	11388	3.32	1274	?1565
	63	31	3.5	1.4	4.9	15025	3.85	1296	?1524
	71	36	4	1.6	5.6	20535	4.4	1332	?1594
	80	41	5	1.7	6.7	33559	5.42	1453	?1679c
	90	46	5	2	7	31354	5.5	1295	?1558
	100	51	6	2.2	8.2	48022	6.55	1418	?1663c
	112	57	6	2.5	8.5	43707	6.62	1239	?1505
3	125	64	8(7.5)	2.6	10.6	85926	8.65	1326	?1708c
	140	72	8(7.5)	3.2	11.2	85251	8.8	1284b	?1675c
	160	82	10(9.4)	3.5	13.5	138331	10.87	1338	?1753c
	180	92	10(9.4)	4	14	125417	11	1201b	?1576
	200	102	12(11.25)	4.2	16.2	183020	13.05	1227	?1611d
	225	112	12(11.25)	5	17	171016	13.25	1137c	?1489
	250	127	14(13.1)	5.6	19.6	248828	15.4	1221c	?1596
a──t的值為標稱值。對于減薄型帶有支承面的碟簧，所需的彈簧負荷F通過減少單片碟簧的厚度得到（其中s≈0.75h0），然后給出值tf。在尺寸系列A和B的情況下，t'≈0.94×t，在尺寸系列C的情況下，t'≈0.96×t。 b──這個值是位置Ⅲ處的計算拉應力。 c──當σOM大于1600MPa時，應按GB/T 1972.1中8.2條規定，其σⅠ應小于3000MPa。

二、B系列尺寸

碟形彈簧：D/t≈28，h0/t≈0.75，E=206000MPa，ν=0.3。

B系列尺寸參數見表2。

表2　B系列碟簧尺寸

組別	D mm	d mm	t或tfa mm	h0 mm	H0 mm	Ft N	Ht mm	σⅡ MPa	σOM MPa
組別	D mm	d mm	t或tfa mm	h0 mm	H0 mm	s≈0.75h0			s≈h0
1	8	4.2	0.3	0.25	0.55	118	0.36	1312	?1505
	10	5.2	0.4	0.3	0.7	209	0.47	1281	?1531
	12.5	6.2	0.5	0.35	0.85	294	0.59	1114	?1388
	14	7.2	0.5	0.4	0.9	279	0.6	1101	?1293
	16	8.2	0.6	0.45	1.05	410	0.71	1109	?1333
	18	9.2	0.7	0.5	1.2	566	0.82	1114	?1363
	20	10.2	0.8	0.55	1.35	748	0.94	1118	?1386
	22.5	11.2	0.8	0.65	1.45	707	0.96	1079	?1276
	25	12.2	0.9	0.7	1.6	862	1.07	1023	?1238
	28	14.2	1	0.8	1.8	1107	1.2	1086	?1282
2	31.5	16.3	1.25	0.9	2.15	1913	1.47	1187	?1442
	35.5	18.3	1.25	1	2.25	1699	1.5	1073	?1258
	40	20.4	1.5	1.15	2.65	2622	1.79	1136	?1359
	45	22.4	1.75	1.3	3.05	3646	2.07	1144	?1396
	50	25.4	2	1.4	3.4	4762	2.35	1140	?1408
	56	28.5	2	1.6	3.6	4438	2.4	1092	?1284
	63	31	2.5	1.75	4.25	7189	2.94	1088	?1360
	71	36	2.5	2	4.5	6725	3	1055	?1246
	80	41	3	2.3	5.3	10518	3.57	1142	?1363
	90	46	3.5	2.5	6	14161	4.12	1114	?1363
	100	51	3.5	2.8	6.3	13070	4.2	1049	?1235
	112	57	4	3.2	7.2	17752	4.8	1090	?1284
	125	64	5	3.5	8.5	29908	5.87	1149	?1415
	140	72	5	4	9	27920	6	1101	?1293
	160	82	6	4.5	10.5	41108	7.12	1109	?1333
	180	92	6	5.1	11.1	37502	7.27	1035	?1192
3	200	102	8(7.5)	5.6	13.6	76378	9.4	1254	?1409
	225	112	8(7.5)	6.5	14.5	70749	9.62	1176	?1267
	250	127	10(9.4)	7	17	119050	11.75	1244	?1406
t的值為標稱值。對于減薄型帶有支承面的碟簧，所需的彈簧負荷F通過減少單片碟簧的厚度得到（其中s≈0.75h0），然后給出值tf。在尺寸系列A和B的情況下，t'≈0.94×t，在尺寸系列C的情況下，t'≈0.96×t。

三、C系列尺寸

碟形彈簧：D/t≈40，h0/t≈1.3，E=206000MPa，ν=0.3。

C系列尺寸參數見表3。

表3　C系列碟簧尺寸

組別	D mm	d mm	t或tfa mm	h0 mm	H0 mm	Ft N	Ht mm	σⅡ MPa	σOM MPa
組別	D mm	d mm	t或tfa mm	h0 mm	H0 mm	s≈0.75h0			s≈h0
1	8	4.2	0.2	0.25	0.45	38	0.26	1034	?1003
	10	5.2	0.25	0.3	0.55	58	0.32	965	?957
	12.5	6.2	0.35	0.45	0.8	151	0.46	1278	?1250
	14	7.2	0.35	0.45	0.8	123	0.46	1055	?1018
	16	8.2	0.4	0.5	0.9	154	0.52	1009	?-988
	18	9.2	0.45	0.6	1.05	214	0.6	1106	?1052
	20	10.2	0.5	0.65	1.15	254	0.66	1063	?1024
	22.5	11.2	0.6	0.8	1.4	246	0.8	1227	?1178
	25	12.2	0.7	0.9	1.6	600	0.92	1259	?1238
	28	14.2	0.8	1	1.8	801	1.05	1304	?1282
	31.5	16.3	0.8	1.05	1.85	687	1.06	1130	?1077
	35.5	18.3	0.9	1.15	2.05	832	1.19	1078	?1042
	40	20.4	1	1.3	2.3	1017	1.32	1063	?1024
2	45	22.4	1.25	1.6	2.85	1891	1.65	1253	?1227
	50	25.4	1.25	1.6	2.85	1550	1.65	1035	?1006
	56	28.5	1.5	1.95	3.45	2662	1.99	1218	?1174
	63	31	1.8	2.36	4.15	4238	2.39	1351	?1315
	71	36	2	2.6	4.6	5144	2.65	1342	?1295
	80	41	2.25	2.95	5.2	6613	2.99	1370	?1311
	90	46	2.5	3.2	5.7	7684	3.3	1286	?1246
	100	51	2.7	3.5	6.2	8609	3.57	1235	?1191
	112	57	3	3.9	6.9	10489	3.97	1218	?1174
	125	64	3.5	4.5	8	15416	4.62	1318	?1273
	140	72	3.8	4.9	8.7	17195	5.02	1249	?1203
	160	82	4.3	5.6	9.9	21843	5.7	1238	?1189
	180	92	4.8	6.2	11	26442	6.35	1201	?1159
	200	102	5.5	7	12.5	36111	7.25	1247	?1213
3	225	112	6.5(6.2)	7.1	13.6	44580	8.27	1137	?1119
3	250	127	7(6.7)	7.8	14.8	50466	8.95	1116	?1086
t的值為標稱值。對于減薄型帶有支承面的碟簧，所需的彈簧負荷F通過減少單片碟簧的厚度得到（其中s≈0.75h0），然后給出值tf。在尺寸系列A和B的情況下，t'≈0.94×t，在尺寸系列C的情況下，t'≈0.96×t。