CN108138883A

CN108138883A - 碟形弹簧

Info

Publication number: CN108138883A
Application number: CN201680056054.7A
Authority: CN
Inventors: 久野円花; 大池大知; 市川正治; 野野义; 野野一义
Original assignee: Chuo Hatsujo KK
Current assignee: Chuo Hatsujo KK
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-06-08
Also published as: JP2017089792A; WO2017081923A1

Abstract

作为课题，提供一种载荷设计容易的碟形弹簧(1)。一种碟形弹簧(1)，具备圆锥环状的主体(2)和从主体(2)的内周缘突出的多个爪(3)。任意一个爪(3)的根的周向两端(31a、31b)之间的相对于由内周缘形成的圆的中心而形成的角为中心角，将该中心角作为根角度(θ)，爪(3)的根角度(θ)小于30°。根据碟形弹簧(1)，能够使由力学算式算出的载荷和基于FEM分析而得到的载荷高精度地对应。

Description

碟形弹簧

技术领域

本发明涉及一种用于例如汽车用变速器、喷洒头或建筑构件等中的带有爪的碟形弹簧。

背景技术

碟形弹簧的载荷-挠度特性通过变更弹簧高度和板厚来设计。尤其是，在如专利文献1所示的带有爪的碟形弹簧的情况下，因为对一般的碟形弹簧附加了爪，所以载荷-挠度特性的设计自由度增大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-87909号公报

发明内容

发明要解决的问题

在设计中，使用FEM(Finite Element Method：有限单元法)进行分析。但是，若使用FEM进行分析，则对于如何选择、设定合适的参数来说，需要一定的经验。从而，载荷设计困难。因此，本发明的目的在于提供一种载荷设计容易的碟形弹簧。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明的碟形弹簧，具备圆锥环状的主体和从所述主体的内周缘突出的多个爪，其特征在于，将相对于由所述内周缘形成的圆的中心的、任意一个所述爪的根的周向两端之间的中心角，作为根角度，所述爪的所述根角度小于30°。

发明的效果

通过本发明的碟形弹簧，能够使由力学算式(具体来说，是基于阿尔曼-拉斯路式的近似式和梯形梁算式而得到的算式)算出的载荷(计算载荷)和基于FEM分析而得到的载荷(分析载荷)高精度地对应。因此，能够使用力学算式来设计载荷-挠度特性。由此，碟形弹簧的载荷设计变得容易。

附图说明

图1是碟形弹簧的俯视图。

图2是图1的II-II方向的剖视图。

图3中的(a)～(e)是实施例1～5的俯视图。图3中的(f)是比较例1的俯视图。

图4是示出实施例1、2和比较例1的载荷-挠度特性的曲线图。

图5是示出实施例3～5的载荷-挠度特性的曲线图。

具体实施方式

以下，说明本发明的碟形弹簧的载荷-挠度特性和将计算载荷与分析载荷进行比较的验证。

＜模型＞

说明用于验证的模型即实施例1～5和比较例1。首先，说明所有模型共通的结构。图1中示出碟形弹簧的俯视图。图2中示出图1的II-II方向的剖视图。如图1、图2所示，碟形弹簧1具备主体2和多个爪3。主体2呈向上变尖的圆锥环状。若从上侧(圆锥凸侧)观察碟形弹簧1，则由主体2的内周缘形成圆A。爪3呈以前端(自由端)30为上底且以根(固定端)31为下底的梯形板状。爪3从内周缘(圆A)向径向内侧突出。多个爪3以相等间隔配置。各模型中的碟形弹簧1整体的刚性是相同的。

接着，说明各模型中不同的结构。在图3中示出了各模型的俯视图。图3中的(a)是实施例1的俯视图，图3中的(b)是实施例2的俯视图，图3中的(c)是实施例3的俯视图，图3中的(d)是实施例4的俯视图，图3中的(e)是实施例5的俯视图，图3中的(f)是比较例1俯视图。表1中示出各模型的不同点。

表1

模型	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	比较例1
							爪的配置数量(个)	18	12	18	12	6	6
根角度θ(°)	10	15	5	7.5	15	30
							根角度θ的和(°)	180	180	90	90	90	180
根宽(％)	2.8	4.2	1.4	2.1	4.2	8.3

在表1中，“爪的配置数量”是在单个碟形弹簧1中爪3的总数。“根角度θ”是相对于圆A的中心B的、爪3的根31的周向一端31a和周向另一端31b之间的中心角。“根角度θ的和”是在单个碟形弹簧1中的根角度θ的总和。即，占据内周缘的整周(360°)的所有的爪3的中心角。“根宽”是周向一端31a和周向另一端31b之间的直线距离。如表1所示，各模型的爪3的配置数量、根角度θ以及根角度θ的和都不同。另外，在将圆A的周长作为100％时，将实施例1～5的根宽b₀设定为5％以下。另一方面，比较例1的根宽b₀超过5％。

＜力学算式＞

接着，参照图1和图2，说明用于算出计算载荷的力学算式。此外，图2中示出的虚线是形成碟形弹簧1的板材的板厚方向上的中心线。将E作为纵向弹性模量，将ν作为泊松比，将H作为主体2的高度，将h作为板厚，将r₁作为主体2的内径，将r₂作为主体2的外径，将r₀作为爪3的内径，将n作为爪3的配置数量，将b作为爪3的前端30的宽，将b₀作为爪3的根31的宽(根宽)，将C1作为常数，将P作为在主体2的内周缘上以及外周缘上的载荷，将δ作为爪3的前端30的挠度，将δ₁作为施加载荷P时(参照图2的双点划线)爪3的前端30因主体2的摆动位移而产生的位移，将δ₂作为爪3的挠度，将δ₃作为主体2的挠度，通过式(1)算出载荷P，通过式(2)算出系数C，通过式(3)算出位移δ₁，通过式(4)算出挠度δ₂，通过式(5)算出系数K，通过式(6)算出挠度δ(碟形弹簧1の总挠度)。

在式(1)～式(6)中，将碟形弹簧1的总挠度假设为主体2的挠度和爪3的挠度之和。对于主体2的挠度适用阿尔曼-拉斯路式(Almen and Laszlo)的近似式，对于爪3的挠度适用梯形梁的算式。以下，按顺序示出式(1)～式(6)。

(式1)

(式2)

(式3)

(式4)

(式5)

(式6)

δ＝δ₁+δ₂

＜FEM分析＞

接着，对用于算出分析载荷的FEM分析进行说明。分析所使用的是市面上出售的软件。单元类型为实体单元或壳单元，单元长度为0.5mm～1.0mm左右，挠度为与刚性表面的接触而得到的挠度。

＜验证结果＞

接着，说明验证结果。图4中以曲线图示出实施例1、2和比较例1的载荷-挠度特性。此外，纵轴的“载荷”示出式(1)的载荷P，横轴的“挠度”示出式(6)的挠度δ。图中的“力学算式”示出实施例1、2和比较例1的计算载荷。“实施例1”示出实施例1的分析载荷，“实施例2”示出实施例2的分析载荷，“比较例1”示出比较例1的分析载荷。

如图4所示，根据力学算式可知，实施例1、2和比较例1的载荷(计算载荷)-挠度曲线一致。与之相对，根据FEM分析可知，实施例1、2和比较例1的载荷(分析载荷)-挠度曲线不同。分析载荷按照实施例1、实施例2、比较例1的顺序变大。

若比较计算载荷和分析载荷，则在实施例1、2的情况下，计算载荷和分析载荷较为一致。与之相对，在比较例1的情况下，分析载荷大幅高于计算载荷。如图4中线L所示，在最大挠度状态下，将计算载荷作为100％时，分析载荷超过计算载荷11％。这样，相对于比较例1，根据实施例1、2可知，能够使计算载荷和分析载荷高精度地对应。因此，能够使用力学算式设计碟形弹簧1的载荷-挠度特性。由此，与仅使用FEM分析进行载荷设计的情况相比较，碟形弹簧1的载荷设计变得容易。

在比较例1中，分析载荷大幅高于计算载荷，是因比较例1的根宽b₀大(超过了5％)而引起的。即，在根宽b₀大时，FEM分析(或实物)中的爪3形状(弧状梁)和力学算式中爪3形状(梯形梁)的差别变大。因此，相对于FEM分析，力学算式将爪3的弯曲刚度预估得低。由此，在根宽b₀大的比较例1中，分析载荷大幅高于计算载荷。

图5中以曲线图示出实施例3～5的载荷-挠度特性。此外，纵轴的“载荷”、横轴的“挠度”、图中的“力学算式”、“实施例3”、“实施例4”和“实施例5”的意思与图3相同。如图5所示，根据力学算式可知，实施例3～5的载荷(计算载荷)-挠度曲线一致。另外，根据FEM分析可知，实施例3～5的载荷(分析载荷)-挠度曲线大致一致。

若比较计算载荷和分析载荷，则在实施例3～5的情况下，计算载荷和分析载荷较为一致。因此，能够使用力学算式设计碟形弹簧1的载荷-挠度特性。由此，与仅使用FEM分析进行载荷设计的情况相比较，碟形弹簧1的载荷设计变得容易。

这样，实施例1～5都能够通过仅使用有力学算式(式(1)～式(6))的设计方法进行设计。或者，能够通过将力学算式和FEM分析并用的设计方法进行设计。因此，与无法通过使用有力学算式的设计方法进行设计(分析载荷大幅高于计算载荷)的比较例1进行比较，碟形弹簧1的载荷设计变得容易。

＜其它＞

以上，说明了本发明的碟形弹簧的实施方式。但是，实施方式并不限定于上述方式。能够以本领域技术人员能够进行的各种变型方式和改良方式进行实施。例如，并不限定爪3的配置数量或径向长度。另外，也可以在爪3上设置孔。

附图标记说明

1：碟形弹簧、2：主体、3：爪、30：前端、31：根、31a：周向一端、31b：周向另一端。

Claims

1.一种碟形弹簧，具备：

圆锥环状的主体，

从所述主体的内周缘突出的多个爪；

其特征在于，

将相对于由所述内周缘形成的圆的中心的、任意一个所述爪的根的周向两端之间的中心角，作为根角度，

所述爪的所述根角度小于30°。

2.根据权利要求1所述的碟形弹簧，其特征在于，

将所述圆的周长作为内周长，将任意一个所述爪的根的周向两端之间的直线距离作为根宽，

在将所述内周长作为100％时，所述根宽为5％以下。

3.根据权利要求1或2所述的碟形弹簧，其特征在于，

全部所述爪的所述根角度的和为180°以下，

所述爪的所述根角度为15°以下。

4.根据权利要求3所述的碟形弹簧，其特征在于，

全部所述爪的所述根角度的和是180°或90°，

所述爪的所述根角度是从15°、10°、7.5°、5°中任选一个的角度。