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碟形弹簧
 
更新时间:2010.06.18 浏览次数:
 
在机械设备中,碟形弹簧由于具有抗冲击载荷强、变形量小、承载能力大、在受载方向空间尺寸小等显著优点,常作为弹性元件广泛使用。
 
碟形弹簧的生产和制造在欧洲由来已久,但在北美洲,碟形弹簧制造工业正在蓬勃兴起并逐渐被接受。碟形弹簧最早是100多年前法国J. Belleville发明的。20世纪30年代早期,工程师(G.M.)Almen and Laszio 发展了理论、制订了生产、质量标准 DIN 2092 和 DIN 2093。这些标准作为碟形弹簧的第一次工业标准被世界各地接受,并传遍了欧洲,目前已经被许多跨国公司广泛采用。日本制订了他们自己的相应标准,但美国还没有就碟形弹簧制定自己的工业标准。许多美国生产商以DIN 标准作为碟形弹簧质量标准。1980年我国也参照DIN规定制定了相应标准,1992年作了修订,标准号为GB/T1972-1992,它规定了碟形弹簧的尺寸系列、技术要求、试验方法、检验规则和设计计算。
 
(一)碟形弹簧的材料
 
我国碟形弹簧采用材料有高质量的弹簧钢60Si2MnA、50CrVA或特殊材料,如不锈钢、铬镍铁合金等。其中特殊材料不锈钢、铬镍铁合金等适用于高温和腐蚀性环境。大连高压阀门厂刘敏亮等2002年介绍采用铬镍铁合金碟形弹簧的高温高压硬密封球阀,密封可靠, 零泄漏, 可承受很大的轴向力, 适用于液体、气体和酸类等强腐蚀介质以及泥浆和砂类等强磨损介质,可广泛用于石油、化工和电力等行业。武汉锅炉股份有限公司工艺处薛松等2002年介绍镍基合金材料(0Cr15Ni70Ti3AlNb)制碟形弹簧可用于核反应堆设备。在铬镍铁合金中主要添加了Al、Ti、Nb元素,使碟形弹簧的强度、弹性和塑性进一步提高。
 
国外碟形弹簧的材料比较典型的有: 
 

标准范围
 
材料
Ck75
50 Cr V4
X12CrNI 177
X7CrNIAl 177
X35CrMo17
X22CrMoV 121
DIN标准号
1.1248
1.8159
1.4310
1.4568
1.4122
1.4923
化学组成(%)
C
0.7-0.8
0.47-0.55
0.12
0.09
0.35
0.2
Si
0.15-0.35
0.15-0.40
1.5
1
1
0.3
Mn
0.6-0.8
0.7-1.1
2
1
1
0.6
P max
0.035
0.035
– -
–-
0.03
0.035
S max
0.035
0.035
–-
–-
0.03
0.035
Al
0.75-1.5
Cr
0.9-1.2
16-18
16-18
16.5
12
Ni
–-
6-9
6.5-7.75
0.6
V
0.1-0.2
0.6
Mo
1.15
1
弹性模量(N/mm2
206000
206000
190000
195000
206000
206000

 

特殊应用场合
 
材料
Inconel X750
Inconel 718
Nimonic 90
A286 Alloy
FV520B
CuBe2
DIN标准号
–-
2.4668
2.4969
1.4980
–-
2.1247
化学组成(%)
C
0.08
0.08
0.09
0.08
0.048
-
Si
0.5
0.35
1
1
0.37
-
Mn
1
0.35
1
2
1.05
-
P max
–-
0.015
–-
–-
0.020
-
S max
0.01
0.015
0.015
–-
0.014
-
Al
0.4-1
0.2-0.8
1-2
0.35
– -
-
Cr
14-17
17-21
18-21
13.5-16
16-18
-
Ni
≤ 70
50-55
Rest
24-27
5.47
+Co=0.2-0.6
V
-
-
-
0.1-0.5
-
-
Mo
–-
2.8-3.3
–-
1-1.75
1.72
-
W
–-
–-
–-
–-
–-
-
Ti
2.25-2.75
0.65-1.15
2-3
1.9-2.3
0.10
-
Be
-
-
-
-
-
1.95
Cu
0.5
0.3
0.2
–-
2.08
Rest
Co
–-
1
15-21
– -
– -
–-
Fe
5-9
–-
2
–-
–-
–-
Nb
0.95
–-
–-
–-
–-
–-
弹性模量(N/mm2
214000
208000
220000
199000
210000
135000


表中Inconel X750是高镍合金,用它制成的碟形弹簧适用于高温和腐蚀性环境。

日本古河电气工业株式会社申请的日本专利JP7153514(1993年11月29日申请;1995年6月16日公开)所述碟形弹簧提高了使用温度,既可用于寒冷地方,又可用于热带地方。由50.7-51.2at.% Ni-Ti合金或 Ni-Ti基合金(0.01-5.0at.%至少为V, Cr, Fe, Co,Nb中一种,0.01-10.0at.% Cu)制成,具有超级弹性。能有效防止螺栓预紧力的松弛。

(二)铬镍铁合金碟形弹簧的使用温度

大连高压阀门厂刘敏亮等2002年介绍铬镍铁合金在780 ℃时具有很高的强度、韧性和耐氧化性, 疲劳强度高。采用铬镍铁合金碟形弹簧的高温高压硬密封球阀温度可达600℃。自贡高压阀门股份有限公司朱永平2000年介绍广泛地用于石油、化工和冶金等工业的球阀,当采用的弹簧材料为0Cr17Ni8Al时,推荐使用温度为-250~300℃。
美国Fandisc、英国Springmasters公司制备的高镍合金Inconel X750碟形弹簧,使用温度-200/+500℃。

(三)铬镍铁合金碟形弹簧的生产厂商

国外有Fandisc、Springmasters等公司。Fandisc公司成立于1966年,是美国第一家生产DIN标准碟形弹簧的厂商,直径从6mm到260mm,还可以生产直径达到1000mm的弹簧。可以采用特殊材料,如高镍马氏体钢制备碟形弹簧,以用于高温、耐腐蚀环境,如核设备中。其采用高镍马氏体钢Inconel X750 材料制的碟形弹簧热处理后的力学性能为:

材料
拉伸强度
PSI
E-模量
(70° F)
PSI
Poisson's
比率 µ
使用温度 °F
INCONEL
X-750
/
31·106
0.29
可达 1200
(约649℃)
 

Fandisc公司就其研制的碟形弹簧已经申请了美国专利US5829933(申请日:1997年12月2日;公开日:1998年 11月3日)。

 

Springmasters公司是欧洲重要的碟形弹簧生产厂家之一,位于英国沃里克郡,可以生产铍铜、磷青铜、高镍合金等多种弹簧,直径从6mm到250mm。产品出口中东、非洲、中欧、东欧、西欧和北美洲。应用于特殊场合时碟形弹簧的材料也为Inconel X750、Inconel 718、Nimonic 90、A286 Alloy、FV520B、CuBe2(同前所述)。弹簧经过特殊的表面处理。

 
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