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密封專題/Sealing-project

 

碟形彈簧(碟簧)
碟簧概述
    碟形彈簧因其外形似碗碟狀而得名,簡稱碟簧,又稱隔膜簧片。它由外徑(D)、內徑(d)、厚度(t)、高度(Ho)四個參數組成,用金屬板料或鍛壓坯料而成的截錐形截面的墊圈式彈簧。
    碟形彈簧是法國人貝利維爾(J.Belleville)于是1866年發明的,當時主要是作為墊圈使用,并在美國及法國申請了專利,因此又被稱為貝氏彈簧(Belleville Spring)。我國的碟形彈簧的研究主要是在上世紀七十年代,八十年代后開始有企業生產碟簧,隨著我國改革開放,進口設備的引進,碟簧的使用越來越廣泛。

碟簧(碟形彈簧)的原理和特征 碟簧的基本型式
碟簧的類型 碟簧與彈簧相比的優點
碟簧的選用 碟簧的安裝方式

碟簧的原理和特征
     碟簧是承受軸向載荷的錐形環狀碟片。一般情況下,盤片厚度恒定不變,載荷均勻分布在上表面
內邊緣和下表面外邊緣。碟簧通常用彈簧鋼制成,可以承受靜態載荷,沖擊載荷或動態交變載荷,能夠滿足嚴格的疲勞壽命和加載損失的要求。
與其他類型彈簧相比,碟簧具有如下特征:
行程短,小變形,大承載能力
與其他類型彈簧相比,具有較高的空間利用率
不同的彈簧組合方式可以獲得所需的載荷特性曲線
可以采用各種特殊材料和表面涂層方式
維修換裝容易,經濟安全性高
使用壽命長
碟簧的基本型式

    碟形彈簧是承受軸向負荷的碟狀彈簧,分為無支承面有支承面兩種型式。有支承面碟簧由于邊緣是圓角,而大大減少了在碟簧發揮作用過程中回彈時的摩擦力導致的張力損耗?梢詥蝹使用,也可對合組合、疊合組合或復合組合成碟簧組使用。承受靜負荷或變負荷。適用于安裝空間小,而且需要大負荷之重機械或者模具。目前歐美、日本等先進國家的工程師在機械元件上,已將碟形彈簧大量應用。除了安全性能考量,也取代原先傳統螺旋彈簧使用空間和負荷有限及壓縮行程過大等缺點,并提高機械之性能。
碟簧的類型
    一般分為普通的蝶形彈簧,帶徑向溝槽的蝶形彈簧,梯形截面蝶形彈簧。由于單片蝶形彈簧的變形量和負荷值往往不能滿足要求。所以一般組合使用。
碟形彈簧(碟簧)按其用途可分為防松碟簧、高溫預緊碟簧、高扭力預緊碟簧、緩沖拉伸碟簧:
    防松碟簧主要作用:可應用于載荷不是太大,但震動劇烈的螺栓上;能有效防止螺栓松動、倒絲等現象;能起到鎖緊的功能,補償了預緊力,確保密封持久可靠;防松碟簧對螺栓與設備均有良好的通用性。
高溫預緊碟簧適用于高溫環境下各種法蘭的螺栓預緊;各種管道法蘭、閥門、換熱器;反應釜、攪拌器、泵、離心機等的法蘭螺栓預緊。 高溫預緊碟簧特別是應用在溫差超過100℃的螺栓連接處。
高扭力預緊碟簧:該高扭力預緊碟簧應用在大載荷、高扭力場合。應用于閥門、管道法蘭螺栓預緊;風機、泵、離心機的地腳螺栓和法蘭預緊; 換熱器、反應釜、攪拌器的法蘭螺栓預緊;離合器、發電機、管道支吊架裝置的預緊;電力母線螺栓預緊;緩沖裝置、剎車裝置、高壓電纜補償裝置等設備的各種其他工程應用。
緩沖拉伸碟簧:該緩沖拉伸碟簧廣泛應用于各行業中的大型設備中,如制動器、安全過載荷裝置、機械啟動器、工業電爐、離合器、模具等。
碟簧與彈簧相比的優點

碟形彈簧與彈簧相比的優點: 
1. 碟形彈簧在較小的空間內承受極大的載荷。與其他類型的彈簧比較,碟形彈簧單位體積的變形能較大。具有良好的緩沖吸震能力,特別是采用疊合組合時,由于表面摩擦阻力作用,吸收沖擊和消散能量的作用更顯著。
2. 碟形彈簧具有變剛度特性。改變碟片內截錐高度與碟片厚度的比值,可以得到不同的彈簧特性曲線,可為直線型、漸增型、漸減型或者是他們的組合形式。此外還可以通過由不同厚度碟片組合或由不同片數疊合碟片的不同組合方式得到變剛度特性。
3. 碟形彈簧由于改變碟片數量或碟片的組合形式,可以得到不同的承載能力和特性曲線,因此每種尺寸的碟片,可以適應很廣泛的使用范圍,這就使備件的準備和管理都比較容易。
4. 在承受很大載荷的組合彈簧中,每個碟片的尺寸不大,有利于制造和熱處理。當一些碟片損壞時,只需個別更換,因而有利于維護和修理。
5. 正確設計、制造的蝶形彈簧,具有很長的使用壽命。
6. 由于碟形彈簧是環形的,力是同心方式集中傳遞的。
因為有了這些優點,碟形彈簧常被用于重型機械設備、飛機、大炮等機器或武器中作強力緩沖和減震裝置;也是離合器、安全閥、減壓閥等中的壓緊裝置。
碟簧的選型

    碟簧主要應用于由溫度和壓力波動(或梯度)引起的經常性泄漏或者密封要求高的閥門,低速旋轉設備上的軸承,設備和管道法蘭。

    碟簧在使用中主要設計的物理參數有:載荷大小、載荷特性(靜態/疲勞)、介質的腐蝕性、工作溫度、預緊破壞時的壓力脈沖增量、脈沖頻譜、設備抵抗破壞所允許的預緊變形量以及設備的本身運行狀況。這也是STAMP選型要素:
S 尺寸:各產品具體尺寸要素在國內及國際標準中均有具體規定。主要尺寸有外徑D、內徑d、厚度t、自由高度H等。
T 溫度:碟簧根據工作特性及材質特征主要分四類溫度區間:常溫、150℃、300℃、600℃。
A 狀態:客戶設備的工作狀態如預緊行程、振動情況、脈沖壓頻次、頻譜、預緊力等因素。
M 介質:工作環境往往對碟簧的選擇有明確的要求,主要因素有:介質的腐蝕性、PH值等。
P 壓力:管道的工作壓力不同會產生不同的脈沖壓力及熱脹冷縮,所以需要因此判斷碟簧的選擇方案。
在碟簧的選用主要注意三個問題:
1.介質問題:可以選用不同的產品材質來解決。比如有標準鋼材,耐高溫鋼材,耐腐蝕鋼材,鎳鈷合金等。
2.預緊問題:碟簧主要靠預緊變形而達到防松動問題,從工作原理上講,碟簧越厚,所提供的張力越大,抵抗的脈沖壓力也大;碟簧越薄,自由高度與厚度的比值越大,所提供的允許變形量越大。由于碟簧的厚度確定的張力與變形量成反比,即為一對矛盾,所以對于單個碟簧所提供的張力或變形量不能滿足工況需求時,可以通過碟簧的組合來解決。
3.設備狀況:當設備運行中振動問題比較突出時,可以通過防松動碟簧解決,可以大大避免設備在正常運行中僅僅因震動導致的松動從而引起的不良后果。

碟簧的安裝方式
疊加組合時盡量減少所用簧片的數量。
    疊加的簧片越多,彈性的摩擦損耗越大,簧片平面變形越大,推薦疊加長度L0≤3De,簧片間涂布潤滑劑(潤滑脂、二硫化鉬等)
當不得不得加更多簧片時,可以分段疊加安裝(圖1)

2-3個簧片平行放置,可有效降低摩擦損耗
簧片的疊加組合方式影響彈性(變形)系數。
右圖簧片不同的疊加組合方式(圖2)
a=單個簧片
b=單系列疊加
c=平行疊加
d=混合疊加
獲得遞增彈性系數的三種方式(圖3)
安裝形式靈活多樣(圖4)





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