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

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

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

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

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：

解得t为5.8373，取整数为6，碟簧具体参数如下表所示

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。

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。

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。

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。