CN115758609A - 一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法 - Google Patents

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陆竣轩
郑杨
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Abstract

本发明公开了一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法，包括根据对特性曲线的要求选定h0/t的值、根据空间情况，选定D或d值，选定预压缩量f、根据强度条件确定碟簧厚度t、根据选定的参数、尺寸，绘制碟簧工作图需要标明尺寸公差、形状位置公差、表面光洁度及需要计算出变形曲线上的几个控制点。综合考虑碟簧受力、变形与疲劳特性，设计合适的非标碟簧结构作为隔振元件。与国标C系列相比具有刚度小、承载强特点，这样能够保证隔振器静强度。本发明可以快速、高效、稳定设计对应的非标碟簧，满足压力机隔振器实际隔振要求。

Description

一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法
技术领域
本发明属于非标弹簧设计技术领域，具体涉及一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法。
背景技术
碟簧具有体积小、承载能力大、变刚度和自身提供摩擦阻尼等特性在非线性隔振领域获得了广泛的应用。其最为突出的优点在于能够在很小的变形条件下，承受变化范围很大的载荷，是一种加载与卸载特性曲线不重合的金属弹簧。碟形弹簧的这些特性能够很好的满足压力机的隔振和缓冲要求，适合作为压力机用非线性隔振器的隔振元件。
由于高速压力机的宽频、重载工作特性，国家标准中规定的径厚比D/s＝18、28、40三种碟形弹簧尺寸系列(对应的高厚比h/s分别是0.4、0.75、1.3；直径比c是2.0)覆盖面窄，无法满足实际隔振要求。因此有必要根据实际要求设计非标准碟簧，而制定一种非标碟簧的结构设计方法，满足压力机隔振器所采用非标碟簧刚度、变形量等指标要求，成为亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明目的是提供一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法，弥补现有的国家标准的碟形弹簧尺寸系列覆盖面窄，无法满足压力机隔振器实际隔振要求的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法，包括以下步骤：
1.根据对特性曲线的要求选定h0/t的值。要求特性曲线呈线性变化时，可取h0/t＜0.5；要求具有近似零刚度特性时，可取
Figure BDA0003949638630000011
要求具有负刚度特性时，可取
Figure BDA0003949638630000012
但是这种碟簧容易发生突然截锥型倒转的情况而引起特性曲线的突然改变。由碟簧特性曲线可知，
Figure BDA0003949638630000013
的此类碟簧应用在压力机隔振上，可以在较小的静态变形变化范围内实现承载较大的压力机质量，而且渐软的特性有实现了隔振器的宽频隔振。
2.根据空间情况，选定D或d值，一般选C＝1.7～2.5。碟簧材料的单位体积变性能
Figure BDA0003949638630000021
U为碟簧变性能，V为材料体积。ηv值与碟簧直径比C有关。ηv对吸振和储能碟簧有重要意义，而ηv的最大值对应的在1.7～2之间，对吸振、缓冲碟簧，C取为1.7～2。作为隔振元件的碟簧主要是起吸振、缓冲作用，因此本次设计的范围应为1.7～2。
3.选定预压缩量f。由于隔振器需要承受动态冲击载荷，为保证疲劳强度，此处设计预压缩量取0.75h0。
4.根据强度条件确定碟簧厚度t。
5.根据选定的参数、尺寸，绘制碟簧工作图需要标明尺寸公差、形状位置公差、表面光洁度及需要计算出变形曲线上的几个控制点。
本发明的有益效果：
本发明根据压力隔振器吸振、缓冲的特点，根据需要承受动态冲击载荷，为保证疲劳强度，制定了所述压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法，根据本方法，可以根据压力隔振器的参数，快速、高效、稳定设计对应的非标碟簧，满足压力机隔振器实际隔振要求。
附图说明
图1为本发明所述的蝶形弹簧变形曲线；
图2为本发明所述的压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法的设计步骤示意图；
图3为本发明所述的蝶形弹簧的结构示意图；
图4为两片碟簧叠合有限元模型；
图5为两片碟簧叠合最大位移应力分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
以压力机总质量为33400kg所需的隔振器为例，根据以下步骤进行设计：
S1.根据对特性曲线的要求选定h0/t的值。要求特性曲线呈线性变化时，可取h0/t＜0.5；要求具有近似零刚度特性时，可取
Figure BDA0003949638630000022
要求具有负刚度特性时，可取
Figure BDA0003949638630000023
但是这种碟簧容易发生突然截锥型倒转的情况而引起特性曲线的突然改变。由碟簧特性曲线可知，
Figure BDA0003949638630000031
的此类碟簧应用在压力机隔振上，可以在较小的静态变形变化范围内实现承载较大的压力机质量，而且渐软的特性有实现了隔振器的宽频隔振。
S2.根据空间情况，选定D或d值，一般选C＝1.7～2.5。碟簧材料的单位体积变性能
Figure BDA0003949638630000032
U为碟簧变性能，V为材料体积。ηv值与碟簧直径比C有关。ηv对吸振和储能碟簧有重要意义，而ηv的最大值对应的在1.7～2之间，对吸振、缓冲碟簧，C取为1.7～2。作为隔振元件的碟簧主要是起吸振、缓冲作用，因此本次设计的范围应为1.7～2。
S3.选定预压缩量f。由于隔振器需要承受动态冲击载荷，为保证疲劳强度，此处设计预压缩量取0.75h0。
S4.根据强度条件确定碟簧厚度t。
S5.根据选定的参数、尺寸，绘制碟簧工作图需要标明尺寸公差、形状位置公差、表面光洁度及需要计算出变形曲线上的几个控制点。
图3中：D、碟簧大径；d、碟簧小径；t、碟簧厚度；h0、碟簧内高；H、碟簧外高；p、载荷；点1、2、3、4为碟簧的四个受力点。
如图1-3所示，基本参数，本发明专利中压力机总质量为33400kg，需要安装四个隔振器，则每个隔振器需承载8350kg。考虑碟簧作为隔振元件，需要具有较好的吸振、缓冲作用，此处采用两片碟簧叠合则每片碟簧承载为4175kg，取直径比C为2，D为225，d为122，h0/t为1.4，预压缩量f＝0.75h0。由以下公式得：
Figure BDA0003949638630000033
解得t为5.8373，取整数为6，碟簧具体参数如下表所示
C D d h<sub>0</sub>/t t h<sub>0</sub> H
2 225 112 1.4 6 8.4 14.4
有限元分析。根据压力机隔振器设计需要，需要两片碟簧叠合。考虑碟簧表面之间的摩擦，对其进行有限元分析，具体模型与最大位移应力分布分别如图4，图5所示。
通过有限元计算与理论计算可得到，随变形量增加，载荷曲线变化越来越缓慢、刚度曲线越来越小，具有渐软特性；由于摩擦阻尼的影响，两片碟簧加载与卸载曲线不重合并且所围成的面积明显大于单片碟簧，从而可得出碟簧面之间的摩擦可以启动很好的阻尼特性。在与预压缩量为0.75h0时，载荷值、刚度值如下表所示。
Figure BDA0003949638630000041
随着变形量的增加，载荷位移曲线逐渐趋于平缓，刚度逐渐变小，表现出了良好的非线性；有限元与理论计算结果近似，验证了理论计算的准确性；在与压缩量0.75h0处，碟簧表现出了准零刚度。
强度校核。作为压力机隔振器，碟簧受到具有冲击力的变载荷。在变载荷作用下，碟簧的破坏形式为疲劳破坏。由碟簧参数可知，点2的应力大小具有决定意义。具体计算数值如下表所示。由表可知点2处疲劳强度满足要求。
Figure BDA0003949638630000042
4.性能参数分析。将各类型碟簧尺寸带入相关公式得到在碟簧变形量为0.75h0时，各碟簧性能参数。两片碟簧叠合时，具体性能参数如下表所示。
Figure BDA0003949638630000043
由此可得出结论：1)碟簧在点2处的应力都小于许用应力。2)对比各类型碟簧刚度值可知，的值对碟簧的刚度很敏感，的比值是得到理想刚度的关键参数。3)新设计的四类碟簧刚度值明显小于国标C系列碟簧。
综合考虑，碟簧受力、变形与疲劳特性，第II、IV类型更适合作为隔振元件。这两种碟簧与国标C系列相比具有刚度小、承载强特点；与第I、IV类相比，具有刚度大特点，这样能够保证隔振器静强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据对特性曲线的要求选定h0/t的值，按照以下标准：
要求非标碟簧的特性曲线呈线性变化时，取h0/t＜0.5；
要求非标碟簧具有近似零刚度特性时，取
Figure FDA0003949638620000011
此类碟簧应用在压力机隔振上，可以在较小的静态变形变化范围内实现承载较大的压力机质量，渐软的特性实现了隔振器的宽频隔振；
要求具有负刚度特性时，取
Figure FDA0003949638620000012
其中，t：碟簧厚度，h0、碟簧内高，
S2.确定直径比，并根据空间情况，选定D或d值，
碟簧材料的单位体积变性能
Figure FDA0003949638620000013
U为碟簧变性能，V为材料体积；ηv值与碟簧直径比C有关，ηv对吸振和储能碟簧有重要意义，而ηv的最大值对应的在1.7～2之间，作为隔振元件的碟簧主要是起吸振、缓冲作用，直径比C的范围设计为1.7～2；
根据直径比C确定D和d，C＝D/d，
S3.选定预压缩量f，
隔振器需要承受动态冲击载荷，为保证疲劳强度，设计预压缩量f取0.75h0。
S4.根据强度条件确定碟簧厚度t，
计算公式为：
Figure FDA0003949638620000014
其中P为每片碟簧承载力，输入所需承载力，得出碟簧厚度t，t取比计算值大的最小整数；
S5.根据选定的参数、尺寸，借助三维设计软件，绘制碟簧工作图需要标明尺寸公差、形状位置公差、表面光洁度及需要计算出变形曲线上的控制点。
2.根据权利要求1所述的一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法，其特征在于：
还包括步骤S6.根据有限元分析结果，验证碟簧参数的准确性，
根据压力机隔振器设计需要，需要两片碟簧叠合，考虑碟簧表面之间的摩擦，对其进行有限元分析，
随变形量增加，载荷曲线变化越来越缓慢、刚度曲线越来越小，具有渐软特性；由于摩擦阻尼的影响，两片碟簧加载与卸载曲线不重合并且所围成的面积明显大于单片碟簧，得出碟簧面之间的摩擦与阻尼特性的关系，通过理论计算与有限元的位移、载荷、刚度的数值比较，验证设计合理性。
3.根据权利要求1所述的一种压力机隔振器用非标碟簧结构设计方法，其特征在于：
还包括步骤S7.强度校核与性能分析，
将各类型碟簧尺寸带入公式：
Figure FDA0003949638620000021
同时对选定的控制点进行应力计算，算出许用应力与疲劳强度的关系，验证设计有效性，
如许用应力小于疲劳强度，按步骤S1-S5，调整参数，重新设计。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117390789A (zh) * 2023-11-01 2024-01-12 辽宁工业大学 一种基于摩擦系数研究下的碟簧刚度预测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103279595A (zh) * 2013-04-27 2013-09-04 上海卫星工程研究所 准零刚度非线性悬吊系统设计方法
CN114688201A (zh) * 2022-03-17 2022-07-01 江苏大学 一种采用膜片碟簧与空气悬架串联的准零刚度隔振系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103279595A (zh) * 2013-04-27 2013-09-04 上海卫星工程研究所 准零刚度非线性悬吊系统设计方法
CN114688201A (zh) * 2022-03-17 2022-07-01 江苏大学 一种采用膜片碟簧与空气悬架串联的准零刚度隔振系统

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F.JIA 等: "COMBINED VIBRATION ISOLATOR OF DISC SPRINGS FOR CLOSED HIGH-SPEED PRECISION PRESS: DESIGN AND EXPERIMENTS", 《TRANSACTIONS OF THE CANADIAN SOCIETY FOR MECHANICAL ENGINEERING》, pages 465 - 485 *
周正;: "碟形弹簧CAD", 中国制造业信息化, no. 06, pages 20 - 22 *
张玉敏: "碟形弹簧竖向隔震装置的试验研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (硕士)工程科技Ⅱ辑》, pages 16 - 19 *
熊奉奎 等: "用于随动补偿磨损误差机构的开槽碟簧设计", 《机电工程》, pages 747 - 754 *
王鸽: "无隙钢球精密传动机构的弹性转角与动力学稳态响应分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》, pages 13 - 20 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117390789A (zh) * 2023-11-01 2024-01-12 辽宁工业大学 一种基于摩擦系数研究下的碟簧刚度预测方法
CN117390789B (zh) * 2023-11-01 2024-03-29 辽宁工业大学 一种基于摩擦系数研究下的碟簧刚度预测方法

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