碟簧具有刚度大的特点。同时碟簧可以组合起来使用，那么碟簧组合的刚度怎样呢？本文通过试验和计算主要介绍碟簧组合的刚度性能。

　 对于碟簧的计算,国标中的计算方法采用的是Almen2Laszlo公式,它是美国学者J.O.Al2men和A. Laszlo于1936年提出的近似解(简称A—L解)[1],该解法假定矩形剖面不变形,而只是绕某一翻转中心转动一个角度而本身并不变形,由力矩平衡原理而得到的文献[2]仿效A—L的推导,将假设条件作了改动,得到了更准确的计算方法.文献[3]应用有限元法(FEM)对碟簧进行计算,并和试验结果做了比较[3].文献[4]运用板壳理论中的具有初始曲率大挠度薄板弯曲模型,获得了新的设计计算解析解,比近似解的精度高.文献[5-6]采用有限单元法分析碟簧的非线性特性,得出精度比较高的解.文献[7]考虑了由摩擦力所产生的碟簧滞后功的计算问题.以上所述的解法都是对碟簧静态力学性能进行的分析研究,对于包含几何非线性和接触非线性的组合碟簧进行准静态或动态分析,对碟簧在工作中的实际变形进行数值模拟的研究比较少.随着工程技术的发展,越来越多地需要适用于大中型工程的碟簧减震系统,单片碟簧就难以满足要求,所以对于组合碟簧的研究就更加重要.由于组合碟簧具有几何非线性和接触非线性,并且碟簧在实际工作环境中承受静载荷的情况也是较少的,大部分处于准静态或动态载荷作用下,因此对于组合碟簧的选型,上述的计算方法就有不足之处.

　　LS—DYNA是功能齐全的非线性显式分析程序包,它的显式算法能快速求解瞬时大变形动力学、大变形和多重非线性准静态问题以及复杂的接触碰撞问题.笔者在考虑碟簧的实际工作特点以及几何非线性和接触非线性基础上,利用有限元软件ANSYS/LS—DYNA对叠合碟簧的连续加载以及加载—卸载过程进行数值模拟,结果和试验数据符合较好,从而为在工程实际应用中选择组合碟簧提供了一个简便正确的方法.

　　1、碟簧载荷—变形特性试验

　　试验选取国标GB/T 1972—2005中A系列的碟簧,尺寸规格为:D=315,d=161.6,h=7, H=25, t=18,单位均为mm.

　　试验时将3片碟簧为一组进行叠合, 3组对合组成复合组合碟簧.对于复合组合碟簧,对合成倍增加变形,叠合成倍提高承载能力,当碟簧用于动态过程,由于其结构和变形的特点,阻尼总是伴随着变形的过程自动产生[8],而叠合会增加阻尼,因此加载曲线和卸载曲线是不重合的,本试不但测试了加载曲线而且测试了卸载曲线,从而对于碟簧的变形过程有更加具体的了解.

　　试验时用YE—2000A液压式压力试验机(最大试验力为2 000 kN)加载,整个过程是加载—卸载连续完成的.试验时将碟簧放在工作台的底座上,上压板匀速向下对碟簧施加载荷,为了避免碟簧安装造成的测量误差,变形由 3个互成120°的标定过的WY-50电阻位移传感器,传给CM—2B静态电阻应变仪,然后传给计算机进行记录.试验过程示意图见图2.由于该试验限制在碟簧的正常工作范围(0≤f≤0. 75h)内,所以取最大载荷为1 176 kN。http://s2/mw690/004eJBmggy6E1NKn3Vf31&690
图一：试验过程示意图

　对于复合组合碟簧可以只考虑碟簧锥面间的摩擦影响,变形量随对合组数成倍增加,因此可以取测量值的1/3作为一组叠合碟簧的变形量,加载—卸载变形曲线如图二：

http://s9/mw690/004eJBmggy6E1NQwZaod8&690

图二：试验测验的加载—卸载变形曲线

　2、Almen—Laszlo计算方法

　　GB/T 1972—2005中载荷P与变形f的关系是沿用Almen—Laszlo计算法,关系式为:

http://s6/mw690/004eJBmggy6E1NV0DdPa5&690

　　式中:P为载荷;E为弹性模量;D为碟簧外径;μ为泊松比;h为碟簧锥高; t为碟簧厚度;f为变形量;计算系数K1由下式算得:

http://s5/mw690/004eJBmggy6E1NWNTWQ54&690

式中:C=D /d.

　　对于叠合组合碟簧,只考虑碟簧锥面间摩擦力影响时的载荷,按下式计算:

http://s6/mw690/004eJBmggy6E1NYgCMZd5&690

　式中:fM为碟簧锥面间的摩擦系数,加载时取负号,卸载时取正号.

　　按3片碟簧叠合组合计算,D=315,d=161.6,h=7, t=18,摩擦系数取0·02,将试验时施加的载荷代入公式得到加载—卸载变形曲线如图三：http://s6/mw690/004eJBmggy6E1O1ceQRb5&690图三：A-L法计算的加载—卸载变形曲线

未完待续...

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