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核工分析碟形弹簧性能优化。

碟形弹簧轴向尺寸小、承载能力大、具有变刚度的非线性特性，因而在引进设备中获得广泛应用，特别是近年来在引进车辆的主离合器中，越来越多地采用了碟簧，以实现动力传递的分离与结合，因此，碟形弹簧设计的优劣，直接影响到车辆的使用性能。为此，本文就碟簧工作特性、优化设计及CAD方法进行讨论。同时开发了实用碟簧优化软件，根据优化结果对其进行了CAD设计，绘制了各种碟簧载荷与变形特性曲线、应力与变形曲线和碟簧零件工作图。为便于用户使用，软件中采用中西文结合方式，设计了两级彩色的界面菜单，从而形成了碟簧优化及CAD软件系统。

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碟形弹簧的分类。碟形弹簧是在轴向上呈锥形并承受负载的特殊弹簧，在承受负载变形后，储蓄一定的势能，当螺栓出现松弛时，碟形弹簧释放部分势能以保持法兰连接间的压力达到密封要求。碟形弹簧应力分布由里到外均匀递减，能够实现低行程高补偿力的效果。

碟形弹簧分类：根据截面形状的不同可以分为三类：包括普通碟形弹簧（其截面形状为矩形）、带径向沟槽的碟形弹簧、梯形截面碟形弹簧。普通碟形弹簧分为有支撑面和无支撑面两类；带径向沟槽的碟形弹簧是在普通碟形弹簧的基础上，沿径向开出若干个均匀分布的槽，槽可以由内孔向外圆方向开出，也可以由外圆向内控方向开出；梯形截面碟形弹簧可以分为内缘厚度大于外援厚度型和内缘厚度小于外圆厚度型两类。

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碟形弹簧常用的绷簧钢主要用以下材料：

1）低锰绷簧钢。这种绷簧钢（如65Mn）与碳素绷簧钢比较，利益是淬透性较好和强度较高；缺点是淬火后简略发生裂纹及热脆性。但由于报价便宜，所以通常机械上常用于制作规范不大的绷簧，例如咱们的碟形防松垫圈常用此资料制作。

2）硅锰绷簧钢。这种钢（例如60Si2Mn）中由于参加了硅，所以能够明显行进弹性极限，并行进了回火稳定性，因此能够在更高的温度下回火，然后得到超卓的力学功用。硅锰绷簧钢在工业上得到了普遍的运用，通常用于制作机械，轿车，拖拉机的碟形弹簧、螺旋绷簧等。

3）铬钒钢。这种钢（例如50CrVA）中参加钒的意图是细化组织，行进钢的强度和耐性。这种资料的奶疲倦和抗冲击功用超卓，并能再-40度——210度的温度下牢靠的作业，但报价较贵。多用于恳求较高的场合，如用于制作航空发动机调度体系中的碟形弹簧。

碟形弹簧防腐处理:碟形弹簧在制造、存放、使用等过程中，经常会遭到周围介质的腐蚀。由于碟形弹簧在工作时是依靠弹力发挥作用，而碟形弹簧在被腐蚀后弹力会发生改变而丧失功能，所以碟簧的防腐处理就非常重要了。阻止碟簧的腐蚀可以提高碟簧的工作稳定性，并延长其使用寿命。

1.磷化+涂油/蜡锌磷化和涂油是DIN2093标准中对碟形弹簧的防腐涂层方式。磷化过程中，细晶结构的磷酸盐沉淀在基体金属上，形成保护膜。如进一步与涂油或打蜡覆盖层相结合，则可使碟形弹簧获得更耐久的防腐作用。这种防腐方式通常用于室内或室外有防雨措施的情况。

2.氧化处理钢的氧化处理亦称发蓝、发黑、煮黑。氧化处理后，碟形弹簧表面生成保护性的磁性氧化铁，此氧化膜一般呈蓝色或黑色，也有时呈黑褐色。氧化膜虽能提高碟形弹簧的耐腐蚀性，但由于膜薄，而且有气孔，所以它的保护能力较差，只能用于在腐蚀性不强的介质中工作的碟形弹簧。

3.电镀金属覆层从溶液中分离出来时，氢气会在碟形弹簧表面扩散。经电镀后处理后的碟形弹簧必须及时进行除氢处理。电镀之后采用合适的热处理方法(扩散退火)可以降低氢脆倾向，但不能完全消除。由于氢脆的影响，尽可能不要采用电镀方式对碟形弹簧进行表面防腐涂层。

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碟形弹簧的失效原因分析。外因分析：碟形弹簧单位体积的变形能较大，用于吸收冲击和消散能量，在受到载荷长期冲击作用时，可能产生径向贯穿裂纹；且碟簧工作时位于碟簧凹面内环面和端面交界处，承载比较大拉应力，在拉应力长久作用下碟簧可能失效。内因分析：1.加工产生裂纹。碟形弹簧由热锻加工成型，淬火+高温回火调质处理，喷丸强化处理表面，整个加工过程中会出现碟簧内部微裂纹，造成应力集中，在使用过程中若负载过大会加速碟簧疲劳失效甚至开裂。2.热处理不合理。碟簧热处理时，调质处理，由于回火温度与回火后的冷却速度不当或出现偏差（譬如回火后的冷却速度过于缓慢），产生高温回火脆性；热处理表面出现脱碳现象，对碟簧的疲劳寿命产生不良影响，使碟簧的弹性极限和疲劳寿命恶化，有利于促成裂纹的形成。3.由于材料成分不合理，成分偏析导致碟簧性能不均匀。例如，60Si2Mn作为碟簧材料时，含Si量偏低，降低碟簧屈服强度，导致零件提前发生脆变，甚至开裂；含P量偏高，则加剧钢的脆性倾向和成分偏析；而杂物的存在则分割了基体的连续性，成为裂纹敏感的区域，特别当分布于零件表面时，容易造成压力集中，为应力腐蚀开裂优先选择了通道。

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碟形弹簧压力测试步骤。碟形弹簧厂家生产的弹簧比较重要的测试是检测弹簧的压力是否良好，人们对弹簧的应用是考虑弹簧压力性能，对弹簧的压力测试一般采用电子数显弹簧压力试验机，它是测试弹簧拉伸、压缩的变形量和符合关系特性的特殊仪器，适用于在拉伸、压缩弹簧在一定工作长度度下的工作负荷的测试，还可以用在橡胶、簧片等弹性期间的弹力负荷测试中。注意点如下：1.在对弹簧进行正式的检测之前，先将弹簧压缩一次到实验的荷重，当试验荷重比压并荷重大时，就可以进行压并荷重作为试验荷重，但是压并力比较大不能超过定见压并荷重的。2.对荷重检测前的准备：用对应量程的三等规范测力计或者划一以上精度的砝码对荷重试验机进行勘正，确保试验机精密不要低于1%；同时用量块勘正荷重试验机的长度读数误差。

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