(高清版)GBT 1972.1-2023 碟形弹簧 第1部分：计算

CCSJ26国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I Ⅲ IV 1 1 1 1 35.1结构型式 35.2碟簧分组 45.3尺寸系列 4 46.1概况 46.2检测负荷 46.3计算中的系数 4 5 6 67.2组合碟簧的弹簧特性 8 8.1负荷分类 8.2静负荷时的许用应力 8.3动负荷时的许用应力的范围 附录A(资料性)计算举例 附录B(资料性)其他组合碟簧 附录C(资料性)摩擦力对弹簧特性的影响 20附录D(资料性)碟簧常用材料 22 Ⅲ——删除了ISO16249的引用(见第4章); V 1 D中性径d内径EFNNN检测负荷(在H,位置时的负荷)N对应于碟簧高度H₁,H₂,H₃,……的负荷N检测负荷对应的高度(H₁=H。—0.75h。)2与碟簧负荷F₁,F₂,F₃,……对应的高度有支承面碟簧压平时变形量的计算值(ho,r=H₀-t₁)i对合组合碟簧中对合碟簧片数或叠合组合碟N次次n片碟簧上表面与P点中心线垂直的交点P碟簧横截面理论旋转中心点—R刚度r5对应于碟簧负荷F₁,F₂,F₃,.…的变形量t厚度t碟簧减薄后厚度(以下简称“减薄后厚度”)VVWaN内锥高的减少量v变负荷作用时计算上限应力变负荷作用时计算下限应力位置OM处的计算应力位置I处的计算应力位置Ⅱ处的计算应力位置Ⅲ处的计算应力位置IV处的计算应力注：MPa=N/mm²。35结构型式、分组与尺寸系列5.1结构型式图1为单片碟簧截面图。碟簧结构型式应按表2规定，根据厚度分为无支承面碟簧和有支承面碟簧。D——外径；t——减薄后厚度；图1单片碟簧截面图4碟簧分组应按表2规定，根据厚度分为组别1、组别2和组别3。表2碟簧分组组别t123碟簧尺寸系列应按表3规定，根据h₀/t和D/t的值分为A、B、C系列。表3尺寸系列系列ABC6单片碟簧计算6.1概况式(1)～式(19)适用于16<D/t<40、1.8<D/d<2.5的有支承面或无支承面单片碟簧。6.2检测负荷检测负荷F的计算值为单片碟簧的变形量s=0.75h。时的负荷，检测负荷F,的实测值是单片碟簧压缩到高度H₂=H₀-0.75h。时的负荷。无支承面碟簧厚度为t,对应的有支承面碟簧的厚度为t,在外径D、内径d和自由高度H。相同时，无支承面碟簧与有支承面碟簧检测负荷F.相等。这是由于2023的A.3。系数由式(1)~式(7)给出。5不同尺寸系列碟簧的减薄后厚度与厚度的比值推荐值见表3。 (9) (10) (11) (12)9 (13) (14)相关示例见附录A。7弹簧特性7.1单片碟簧的弹簧特性单片碟簧弹簧特性是非线性特性，它的形状与h₀/t的值有关。单片碟簧负荷-变形图与h₀/t或7F/FF/Fs/ho00图2按不同h₀/t计算的碟簧负荷-变形图7.1.2碟簧的计算弹簧特性和实测弹簧特性当s/h₀>0.75时，由于实际杠杆臂缩短，碟簧的实测值比计算值要大，这部分的实测负荷-变形图与计算负荷-变形图有较大差别，图3为外径50mm的I级B系列碟簧实测和计算负荷-变形图。8F/NF/N2图3外径50mm的I级B系列碟簧实测和计算负荷-变形图7.2组合碟簧的弹簧特性组合碟簧不同的组合方式可以获得不同的弹簧特性。组合碟簧应有导向件。碟簧的导向件采用导杆(内导向)或导套(外导向),导向件与碟簧之间的间隙推荐采用GB/T1972.2—2023中表B.1的数值，碟簧的导向优先采用内导向。组合碟簧分为对合组合碟簧、叠合组合碟簧、复合组合碟簧，其他组合碟簧见附录B。不计摩擦力时，对合组合碟簧、叠合组合碟簧和复合组合碟簧用7.2.2、7.2.3和7.2.4的公式计算；考虑摩擦力对弹簧特性影响的计算方法见附录C。对合组合碟簧，当单片碟簧h₀/t大于1.30时，可能会加重各件碟簧变形不均匀。变形量较大时，可能出现工作状态不稳定现象。7.2.2对合组合碟簧当组合碟簧组合方式为对合组合时，见图4,组合碟簧变形量与对合片数成正比。不计摩擦力时，对合组合碟簧的负荷、变形量和自由高度按式(20)～式(22)计算。Fg=F (20) (21) (22)9图4对合组合碟簧的负荷-变形图7.2.3叠合组合碟簧当组合碟簧组合方式为叠合组合时，见图5,组合碟簧负荷与碟簧叠合片数成正比。不计摩擦力时，叠合组合碟簧的负荷、变形量和自由高度按式(23)～式(25)计算。Fo=n×FF₀/NF0图5叠合组合碟簧的负荷-变形图7.2.4复合组合碟簧当组合碟簧组合方式为复合组合时，如图6,不计摩擦力时，复合组合碟簧的负荷、变形量和自由高度按式(26)~式(28)计算。相关示例见附录A。Fg=n×F (26) (27) (28)于或等于1×10⁴次。为避免在位置I处开裂，受动负荷的碟簧在安装时应有预变形量sH₁=H₀-sp。因变形量大于0.75h。时，实测负荷-变形图将逐渐的偏离计算负荷-变形图，故最大工作变形量s₂8.3.2最容易疲劳失效的位置承受动负荷的碟簧，疲劳破坏一般发生在碟簧下表面的内径处位置Ⅱ或碟簧下表面的外径处位置Ⅲ。是位置Ⅱ还是位置Ⅲ,由D/d=a、h₀/t和s/h。的值决定，见图1和图7;也可用式(14)和式(15)进行校验，疲劳破坏关键位置是应力较大的位置，同时得到变负荷作用时计算下限应力om和变负荷作用图7阴影部分区域，疲劳破坏关键位置可能在位置Ⅱ,也可能在位置Ⅲ,因此需要根据s/h。用式(14)和式(15)进行校验，取应力较大的位置。图7所示的情况，对于有支承面碟簧和无支承面碟簧都适用。疲劳寿命的校核见GB/T1972.2—2023的6.9.2。α图7碟簧疲劳破坏关键位置(资料性)计算举例A.1概述GB/T1972.2—2023附录A的碟簧(被称为标准件)的计算示例见A.2.1和A.2.2;边缘倒圆无支承面碟簧计算示例见A.2.3;支承面碟簧计算示例见A.3。受静负荷碟簧的校核是碟簧计算的基础，故所有示例都包含受静负荷碟簧的校核内容。受动负荷碟簧的计算示例见A.3。A.3的示例都基于采用计算机辅助计算；A.2.2的方案一采用手工计算方案。为了减少计算量，在计算A.2受静负荷的碟簧受静负荷的GB/T1972.2—2023附录A的碟簧采用50CrV、51CrMnV和60Si2Mn材料时一般不A.2.2组合碟簧计算如表A.1所示。mm的碟簧3种，尺寸表A.1选取的碟簧参数DdtN3250-IGB/T1972.2—2023组成对合组合碟簧(见图4),一种为采用碟簧B50-IGB/T1972.2—2023组成复合组合碟簧(见图6)。由图2,A系列的h₀/t≈0.4,根据F/F。=0.577查出s/h₀=0.55,变形量s=ho×(s/h₀)=1.1×计算变形量s的另一种方法为采用计算机辅助计算，在确定除变形量s以外的参数后，重复运算式(10)(边缘倒圆半径r=0),试探满足单片碟簧受负荷F=9000N时对应的变形量s≈0.61mm。时的变形量sc=i×s=8×0.61=4.88mm。方案二：选用碟簧B50-IGB/T1972.2—2023复合组合碟簧。叠合片数n=2,单片碟簧的负F=4500N时对应的变形量s≈0.97mm。负荷F=9000N时的变形量sc=i×s=5×0.97=4.85mm。A.2.3边缘倒圆无支承面碟簧的计算例：一无支承面边缘倒圆组合碟簧，叠合片数n为2片，叠合碟簧组数i为3组。单片碟簧外径D为90mm,内径d为46mm,厚度t为5mm,单片碟簧的自由高度H。为7mm,边缘倒圆r为0.5mm,材质为60Si2Mn,弹性模量E为206000MPa,泊松比v为0.3;用作静负荷。校验单片碟簧是否满足静负0.75ih。时对应的负荷Fc。按式(10)计算边缘倒圆无支承面碟簧的负荷：按式(12)计算应力ooM。校验静负荷时s=ho=2mm。s=0.75h。=1.5mm,按式按式(18)计算单片碟簧刚度：按式(19)计算单片碟簧变形能：按式(26)计算组合碟簧的负荷Fc:NN按式(27)计算组合碟簧的变形量sc:按式(28)计算组合碟簧的自由高度L₀:校验结果：0om=-1558MPa,其绝对值满足接近1600MPa;o₁=-2615MPa,绝对值小于单片碟簧在检测负荷对应的高度H₁时，检测负荷F₁为32456N;即时刚度为19738N/mm,变形能为24372N·mm。组合碟簧的自由高度L。为36mm;在变形量Sc为4.5mm时，对应的负荷Fc为64912N。A.3动负荷支承面碟簧计算举例厚度t:为12.22mm,单片碟簧的自由高度H。为18.6mm,材质为50CrV,在sp为1.68mm和s₂为s=0.75×ho=0.75×5.6=4.2将式(8)中的h。替换为ho,f,t替换为t,计算有支承面碟簧s为4.2mm时的负荷：≈200000N将式(12)中的h。替换为ho,,t替换为t,计算有支承面碟簧计算应力doM。校验静负荷时s=ho=5.6mm。将式(14)～式(16)中的h。替换为ho,f,t替换为t,计算s为4.2mm时的应力on、om和ov:≈1056MPa≈—469MPa将式(17)中的h。替换为ho,r,t替换为t,计算s为4.2mm时的刚度：将式(19)中的h。替换为ho,r,t替换为tr,计算s为4.2mm时的变形能：编号FNRWC₄×ho,i/t₁=1.07492×6.38校验结果：结合α=1.9685,查图7可得疲劳破坏关键位置处于阴影部分区域，不能确定疲劳破坏关键位置。通过表A.2可得，on<om,可确定位置Ⅲ是疲劳破坏关键位置，故omm=497MPa,omx=651MPa。用GB/T1972.2—2023图5校核厚度t为13mm的碟簧疲劳寿命，可得循环次数N为碟簧doM=-1480MPa,绝对值满足小于1600MPa;or=-2708MPa,绝对值小于3000MPa;同时0.75h。时，on=1056MPa,om=1144MPa,均小于1600MPa,满足静负荷时的设计要求。检测负荷F,为200000N;刚度为39869N/mm;变形能为447242N·mm。在s。为1.68mm和s₂为2.24mm之间承受动负荷时，位置Ⅲ是疲劳破坏关键位置；在sp处，负荷为89647N,刚度为48806N/mm,变形能为77560N·mm;在s₂处，负荷为116248N,刚度为46254N/mm,变形能135277N·mm。(资料性)其他组合碟簧为获得弹簧刚度逐渐增加的弹簧特性，可以由不同厚度的碟簧组成组合碟簧(见图B.1),或由尺寸相同但各叠合片数逐渐增加的组合碟簧(见图B.2)实现。图B.1不同厚度的对合组合碟簧321Foi≈F。3为F.;为3F.;图B.2不同叠合片数的复合组合碟簧