本科毕业设计说明书（论文）
于不变的载荷，弹簧数越多则变形量越大。
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当碟形弹簧叠合时，当变形量相同时，弹簧数量越多则载荷越大。当对合时，对
碟形弹簧在机械产品中应用越来越广，在很大范围内，碟形弹簧正取代圆柱螺旋弹簧。常用于重型机械（如压力机）和大炮，飞机等武器中，作为强力缓冲和减振弹簧，用作汽车和拖拉机离合器及安全阀的压紧弹簧，以及用作机动器械的储能元件。
在碟簧的优势极为显著地同时，也存在着很大的缺陷。对于碟形弹簧，即是其高度和板厚在制造中只出现很小的误差，其特性也会有较大的偏差。因此碟簧的制造精度要相当高，以保证其载荷偏差在允许范围内。 3.3.2碟簧的类别与结构形式
碟形弹簧根据厚度分类可以分为无支撑面和有支撑面两类，两类结构图如下：
图3.2 单个碟簧及计算应力的截面位置
在本设计中，由于需要碟簧承载的力十分巨大，因此选择有支撑面碟簧。在系列A、系列B和系列C三类中，选取系列A中满足要求的碟簧。根据设计需要，将可能满足要求的碟簧尺寸型号列出如下表：
:
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表3.1 碟形弹簧尺寸系列
图3.3 单片碟簧特性曲线
3.3.3碟形弹簧的正面计算
暂设定时间t?30ms，根据动量定理 I??Fdt??t0tdpdt?p?t??p?t0???p （3.12） t0dtt可以得到在此时间段内后坐部分平均受力 F?m2v2?1500kN t考虑到这个力为时间段t内的平均受力，为了保证碟形弹簧的安全性和稳定性，
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因此预期在这一阶段最大载荷Pmax?3000kN
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本设计拟采用三组复合组合的碟形弹簧共同承受碰撞时的力，因此每一组复合组合碟簧在30ms内受到载荷为P'?1000kN。根据设计要求，碟簧压缩量在10mm左右。为了保证碰撞的安全性和稳定性，选择系列A中第3类，碟簧外径D=250mm。所选碟形弹簧详细参数见表3.1。
为了最大程度的满足设计要求，因此选择碟形弹簧复合组合（由叠合与对合组成）的组合形式。复合组合简图及特性曲线如下：
图3.4 碟形弹簧复合组合简图及特性曲线
已知复合组合碟簧计算公式
Pz?nP （3.13） fz?if （3.14） Hz?i?H0?(n?1)t? （3.15） 式中，P、f、H0为单个碟簧的载荷、变形量和高度，n为各叠合层碟簧数量，i为对合碟簧数量，t为碟簧厚度。
单个碟簧组载荷Pz?1000kN，单个碟簧载荷P?249000N，由Pz?nP可以求得叠合层碟簧数量
n?Pz?4.01 P'由上式可知，叠合层数量最少为4个。为了保证刚度需求，暂取n?10，即碟簧叠合层数量为10。
每一叠合组使用10个碟片，在不考虑碟簧组摩擦的情况下，单个碟簧的载荷为
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P1?Pz?100kN n第15 页
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碟形弹簧载荷P的计算公式如下：
4Et4f??h0f??2f?2?h0 P??KK???????1? （3.16） 4422?1??K1Dt??tt??t2t??当f?h0，即碟形弹簧压平时，上式简化为
P4Et3h02c?1??2?K2K4 1D式中 P ——单个弹簧的载荷，N；
Pc——压平时的碟形弹簧载荷计算值，N；
t ——碟簧厚度，mm； D——碟形弹簧外径，mm； f——单个碟形弹簧的变形量，mm；
h0——碟形弹簧压平时变形量的计算值，mm； E——弹性模量，MPa ?——泊松比；
K1、K4——计算系数，见式…………
对于所选取碟簧，其计算系数K1、K2、K3、K4计算式如下
?C-12 K1??1??C????C?1 ?1?2ClnCC?1?1 K62???lnClnC K3C?13???lnC
2 KC?C?4??12??1?2???C2
其中
3.17） （
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D d'2?t???t???? C1? ''?1H0t3??5H0t3???4?t?t?4????8?t?t?8??????2?C1?5?H0? C2??1??1? ??'332t??t?????????t???D?250mm，d?127mm，根据表3.1中数据可知，H0?19.6mm，tt'?14?13.1?mm，
??代入上式可得，C?1.9685，C1?16.9575，C2?21.2156， K1?0.6878，K2?1.2126，
K3?1.3656，K4?1.0818。
将K1、K4的值代入式（3.17）可以得到单个碟簧压平时的载荷Pc?378813 .8N。由此，可以得到
hP1000001??0.264。选取碟簧时已知0?0.4。由图3.3单片
tPc378813.8h0Pf?0.4及1?0.264时，有?0.36。 tPch0碟簧特性曲线查得A系列，
已知碟形弹簧压平时变形量的计算值，因此可以得到在复合组合方式时单个碟形弹簧f?0.36?h0?2.016mm。
根据设计要求，弹簧组变形量fz?10mm，由fz?if可得，对合碟簧数量
i?fz?4.96，取i?5。故复合组合碟簧有5组，共50片。 f由式（3.15）可知，未受载荷时，弹簧自由高度Hz?i?H0?(n?1)t??728mm，受
kN载荷作用时的高度H1?Hz?if?717.92mm。 到P1?100单片碟簧弹簧刚度为：
22??h0f3?f???dP4Et3?2?2?h0? P???KK?3???1???????? 4422df1??K1Dtt2?t?????t??????'因此，在不考虑摩擦力，f?2.016mm，h0?5.6mm的情况下，单个碟簧片的刚度为