碟簧的加工成型是由金属钢带、钢板或锻造坯料来完成的，其刚度大、变刚度特性强，碟簧根据支撑结构不同有两种形式：一种是无支撑面碟簧，其内缘上边及外缘下边未经加工，因此承受载荷部分没有支撑面;另一种是有支撑面碟簧，内外缘竟经加工形成支撑面，载荷作用于支撑面。碟簧常用于重型机械设备(如大型锻压操作机、锅炉吊架等)、飞机、大炮等机器或武器中作强力缓冲或减震弹簧;也用于汽车和拖拉机的离合器或安全阀、减压阀中的压紧弹簧;在自动化装置的控制机构中也应用，此外还用作螺栓连接中的弹性垫圈。

　　近些年，高压开关、重型机械等行业都运用到大规格碟簧。实践证明Almeu-Laszlo 方法能够满足外径小于250mm的碟簧设计要求，但是关于设计外径大于250mm碟簧的研究比较少，本文将用Almeu-Laszlo 方法、有限元法对大规格碟簧进行计算，并与上海某碟簧公司长期以来收集的实验数据进行验证，讨论设计外径大于250mm碟簧的应关注的内容。

　　1 碟簧的特性及Almeu-Laszlo公式

　　理论计算和实际证明，碟簧负荷变形曲线呈现非线性，当材料、内径d、外径D和厚度t一定时，特性曲线只与h0/t的比值有关，h0为碟簧的极限行程，等于内锥高。H0/t对特性曲线影响很大。h0/t值在不同数值范围内，特性曲线特点不同(图2)。

http://s3/mw690/004eJBmggy6FSLJkUUid2&690

　　2 碟簧Almeu-Laszlo计算公式 [2]

　　基本假设

　　(1)碟簧的矩形横截面在承受负荷时不变形，只是绕中性点转动，即忽略了径向应力的影响。

　　(2)碟簧外加载荷和支撑面上的反作用力沿内、外圆周均匀分布。

　　(3)材料为线弹性体，各向同性。

　　(4)忽略摩擦力影响。

　　(5)碟簧经淬火、喷丸、强压处理产生的内应力不考虑。

　　由力矩平衡原理可得无支撑面单片碟簧的负荷和变形关系的基本公式为：

   http://s3/mw690/004eJBmggy6FSLOs5hMc2&690

　　2 碟簧有限元分析法

　　本文采用Ansys 10.0软件进行有限元分析，采用四边形的轴对称模型，计算碟簧在平稳压缩过程中负荷-位移关系。（相关参见：有限元技术之碟簧的静刚度研究）

　　在有限元计算中设置材料属性为：弹性模量E=206000N/2mm²，泊松比μ=0.3。 基本假设

　　(1)假定碟形弹簧为完全的弹性体，即不考虑碟簧经强压处理等产生的塑性变形对碟形弹簧的影响。

　　(2)忽略摩擦力影响。

　　3 碟簧Almeu-Laszlo 方法、有限元分析和实验数据比较：

　　从上表可以看出，Almeu-Laszlo公式和有限元计算结果比较接近，最大相差1.4%。实验结果比理论计算结果偏大略20%。

　　4 结论

　　(1) 实测数据比理论计算结果偏大范围在20%以内，Almeu-Laszlo方法可以作为一种近似的计算方法，在许多工程设计中可以进行初略计算。

　　(2) Almeu-Laszlo计算公式计算结果与有限元计算结果相当接近。可以认为有限元假设的理想条件也是Almeu-Laszlo方法假定的理想条件。即Almeu-Laszlo方法在完全弹性情况下得到的结果比较精确。外径小于250mm碟簧，特别是GB/T 1972-2005中规定的标准碟簧，可以近似看成完全的弹性体，所以Almeu-Laszlo方法适用。若大规格碟簧与完全弹性体的近似程度越高，Almeu-Laszlo方法计算结果与实际结果越相近。

　　(3)塑性变形对大规格碟簧有较大的影响，在精确设计时应该考虑塑性变形。

　　(4)强压处理将产生塑性变形，在进行大规格碟簧设计时应考虑强压的影响。

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