加載應力
在碟型彈簧加載變形過程中,軸向應力很小,可忽略不計,因此其疲勞壽命切向應力影響。通常情況下,碟片上表面承受壓應力,下表面承受拉應力。
實際上,碟型彈簧的計算應力與實際應力并不一致,這是由于噴丸處理和強壓處理過程中產(chǎn)生的殘余應力所致,實際應力由殘余應力和加載應力所組成。彈簧的動態(tài)強度主要受碟片下表面的拉應力影響,由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的殘余應力,碟型彈簧的計算應力高于實際應力?;诓煌?/span>ho/t值,碟形彈簧橫截面II點(下表面內(nèi)邊緣)或III(下表面外邊緣)為最大拉應力點。
彈簧上表面內(nèi)邊緣,即橫截面I點為最大壓應力點,該應力直接影響彈簧的預壓變形,該變形是由于變形量超出碟形彈簧材料的彈性極限而產(chǎn)生的塑性變形導致,從而使彈簧自由高度減
小。如下圖
通過縮智短力臂加載的無支撐面碟形彈簧
對于曲線的變形模型來講,載荷通過縮短的力臂加載,獲得給定變形量時所需的力矩與通過橫截面I點和III點加載時相同,而力臂的縮短則要求對彈簧施加更大的載荷,因此這種情況下獲得的彈簧載荷特性曲線要比正常情況下陡峭。但彈簧計算載荷應力不受加載點影響,而只與彈簧錐角大小有關,如下圖
有支撐面的碟形彈簧
支撐面僅用于厚度大于6mm的碟形彈簧(DIN2093標準,第三組)。采用支撐面使彈簧承載面積增大,從而減少導向件與彈簧之間的摩擦。承載點也由外邊緣de變?yōu)閐e’,由內(nèi)邊緣di變?yōu)閐i’。這種變化導致力臂縮短、載荷特性曲線變陡。如下圖
有支撐面碟形彈簧的設計載荷F(變形量S=0.75 ?ho)與相同尺寸De、Di及l(fā)o的無支撐面碟型彈簧相同,這是由于支撐面的存在使力臂縮短而需要增加載荷,同時使厚度減薄而導致載荷減小,二者相互抵消。由于要求相同的自由高度lo,有支撐面的碟型彈簧須具有較大的錐角φo’>φo。這就導致其載荷特性曲線除立直高度點F’(s=0.75ho)F=(s=0.75ho)外,與標準碟形彈簧特性曲線略有偏差。
DIN2093標準詳細規(guī)定了盤片厚度由t減到t’的情況。A、B系列彈簧t’與t之間的平均厚度減薄比為0.938,C系列彈簧t’與t之間的平均厚度比為0.995。由于支撐面的存在,已不必對橫截面邊緣I…IV角點的載荷應力進行計算。因此計算應力或多或少高于用更為精確的方法計算的角部實際應力。由于這些數(shù)值只是一些名義值,因此偏差并不重要。
特殊情況
特殊材料碟形彈簧
適用于矩形彈簧截面碟形彈簧特征方程計算出的彈簧承載力高于E=206000N/mm2、μ=0.3的彈簧鋼達8%至9%,但可以通過由于I點和III點處的倒角引起的力臂縮短來補償,因此該鋼種碟型彈簧的計算載荷和實測載荷基本相近。但對于特殊材料,尤其是泊送比μ 較大的材料,這種情況不再成立。
極薄碟形彈簧
對于De/t>40的極薄碟形彈簧,特性方程計算出的彈簧承載力過大,此時,碟形彈簧截面不再保持矩形,而且必須考慮到變形超出橫截面的情況(特別是使用有限元分析)。
極小直徑比碟形彈簧
計算De/Di<1.8碟形彈簧的載荷特性曲線時,必須考慮由于倒角引起的力臂縮短,否則會出現(xiàn)計算承載力過低的現(xiàn)象。
具體詳見手冊44-47