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碟形弹簧设计

设计要求：选用碟形弹簧的最小内径不得小于140mm,外径小于315mm,弹簧在不受载荷时总的自由长度不能超过600mm,同时弹簧产生的能量能够达到4000J。弹簧压缩变形量为100,那么弹簧所受到的载荷约为100000N。

材料选择：弹簧材质选用60Si2MnA,其化学成分应符合GB/T1222的要求。则根据弹簧所用材料可知弹性模量E=2.06*105N/mm2,泊松比u=0.3，

结构型式：

由于d>140mm,查表可知该弹簧属于非常用碟形弹簧尺寸系列，在GB/T中选取d=142mm的弹簧3种，尺寸如下表所示：
弹簧D/mmd/mmt(t’)/mmh/mmH/mmAGB/T197228014216(14.75)622BGB/T197228014213(12)7.520.5CGB/T197228014210(9.2)7.517.5
由表可以知道，采用单片弹簧是不能满足要求的，故采用组合形式，方案一采用C系列弹簧对合组合，方案一：选用C系列弹簧对合组合，其结构形式如下图1所示

图1
D=290mm,根据弹簧手册公式：Fc=..
式中E=2.06*105N/mm2,u=0.3,无支撑面弹簧K4=1，根据手册可知当C=2时，根据公式
K1=
得K1=0.69，Fc==125539N
=0.79
根据h0/t=0.90和F1/Fc=0.79查弹簧手册图C.1

图C.1
查出f/h0=0.67,所以变形量为f1=0.677.5=5.025,又因为要满足变形量为100mm,所以需要碟片数i，
i===19.9所以取20片，则未加载荷时自由高度Hz=i
即Hz=20*17.5=350mm,在加入载荷后H1=Hz–fz=350-5.025=249.5mm
则弹簧变形能：
U=
所以U=
=263899Nmm
所以总变形能Uz=iU=20263899=5118995Nmm=5277.9J，总之在弹簧变形量为100mm时，弹簧的储能达到5277J，满足条件。