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某型特種車用碟形彈簧道路試驗故障研究

2019-08-29 14:47:13·  來源：GAF螺絲君  作者：張輝  
　
某型特種車在上裝與車架之間固定方式的選擇上，除了采用傳統(tǒng)的鉚釘固定方式外，在靠近駕駛室的副車架前部位置還采用了碟形彈簧連接，以達到固定與減震的作用。1
某型特種車在上裝與車架之間固定方式的選擇上，除了采用傳統(tǒng)的鉚釘固定方式外，在靠近駕駛室的副車架前部位置還采用了碟形彈簧連接， 以達到固定與減震的作用。

1、碟形彈簧簡介
 
碟形彈簧是用鋼板沖壓成形后，切削加工內(nèi)孔和外圓，并經(jīng)熱處理、強壓處理、防腐處理制成的截錐形壓縮彈簧。與常規(guī)彈簧相比，碟形彈簧剛度大，能以小變形承受大載荷，適合于軸向空間要求較小的場合；同時具有變剛度的性質(zhì)，可通過不同形式的組合滿足一定范圍的剛度變化。

碟形彈簧按其結(jié)構(gòu)形式分為無支撐面和有支撐面兩種(本文所指特種車采用無支撐面的碟形彈簧)，按其厚度分為三類，按其外徑D、壓平時變形量h0和厚度t的比值D／t、h0／t分為三個系列。表1列出了在該型特種車上采用的碟形彈簧的技術(shù)數(shù)據(jù)。 
 

碟形彈簧的導(dǎo)向采用導(dǎo)桿或?qū)?，?dǎo)向件和碟簧之間的間隙采用表2中的數(shù)值，優(yōu)先采用內(nèi)導(dǎo)向。 
 

 
碟形彈簧的使用方式較為靈活，既可以單片使用，也可以多片組合使用。組合使用時碟形彈簧有疊合組合、對合組合和復(fù)合組合三種組合方式。該型車采用復(fù)合組合方式。

2、故障描述
 
在試驗過程中發(fā)現(xiàn)碟形彈簧碎裂的頻率比較高，道路行駛里程1000km之內(nèi)，共有l(wèi)0片碟形彈簧碎裂。碎裂情況見圖1。
 

3、故障分析
 
引起碟形彈簧碎裂的原因比較復(fù)雜，可以從以下幾個方面進行分析研究。

3.1 安裝方式方面

本車所用碟形彈簧在設(shè)計時采用的是復(fù)合組合方式，復(fù)合組合方式的受力、變形量和自由高度的計算公式為：
 


而單片碟簧載荷的計算公式為：
 


將樣車所采用的碟形彈簧的技術(shù)參數(shù)代入公式(5)，得：
 

 
樣車碟形彈簧采取2層疊合的形式，因此n=2，代入公式(1)中，計算得：
 

 
在實際維修中發(fā)現(xiàn)，由于安裝時的失誤將復(fù)合組合方式變成了對合組合方式，在對合組合方式下碟形彈簧的受力公式為：

Fz=F  fz=if  Hz=iHO

采用對合組合方式時，碟形彈簧只有一層疊合，因此n=l， 由于總載荷不變，因此單片碟簧的載荷為21362N。

從計算結(jié)果可以看出，由于安裝方式的錯誤致使單片碟形彈簧的載荷從設(shè)計時的15682N，增大至21362N，大大超出了碟簧的強度限值。在變形量f一定的條件下，對合組合方式所能承受的載荷比復(fù)合組合方式要小得多，如果在此基礎(chǔ)上施加受到高頻率、大強度的振動載荷作用，必然導(dǎo)致碟形彈簧頻繁碎裂。

3.2 生產(chǎn)工藝方面

碟形彈簧對生產(chǎn)制造過程有嚴(yán)格、詳細(xì)的規(guī)定。碟簧材料應(yīng)采用60Si2MnA或50CrVA帶、板材或鍛造坯料制造，而不宜由棒料或其他形式的毛坯；必須沖壓成形而不能直接機械加工成截錐形，以保證其承載能力；成形后必須進行熱處理，即淬火、回火處理，淬火次數(shù)不得超過二次；其表面不允許有毛刺、裂紋、斑疤等缺陷；經(jīng)熱處理后的碟簧，其表面脫碳層的深度，對于不小于1．25mm的碟簧，不得超過其厚度的3％。

其最小值允許為0．06mm；碟簧應(yīng)全部進行強壓處理，處理方法為：一次壓平，持續(xù)時間不小于12h，或短時壓平，壓平次數(shù)不小于5次，壓平力不小于2倍的Ff=0．75h0，經(jīng)強壓處理后，自由高度應(yīng)穩(wěn)定；對用于承受變載荷的彈簧，內(nèi)錐面推薦進行表面強化處理，例如噴丸處理等；根據(jù)需要，碟簧表面應(yīng)進行防腐處理(如磷化、氧化、鍍鋅等)。

經(jīng)電鍍處理后的碟簧必須進行去氧處理，同時對承受變載荷作用的碟簧應(yīng)避免采用電鍍的方法。以上如果有任何一條沒有達到工藝要求，則都有可能導(dǎo)致碟簧在使用過程中發(fā)生碎裂。

3.3 膠墊減振方面

在可靠性行駛試驗里，每一種道路都使車輛受到獨特的載荷輸入。扭曲路作為典型試驗道路的一種，在樣車通過時會使車身、車架和懸架受到嚴(yán)重扭曲變形。

在試驗中發(fā)現(xiàn)，原來起減震緩沖作用的橡膠墊片由于扭曲路的作用被擠出大梁與副梁之間的間隙，基本失去減振作用，同時導(dǎo)致兩側(cè)碟形彈簧受力不均勻，加劇了碟簧碎裂程度。

3.4 預(yù)擰緊度方面

碟形彈簧在安裝時對螺紋擰緊度有嚴(yán)格要求，需要經(jīng)過嚴(yán)格計算并在安裝時嚴(yán)格遵照設(shè)計要求進行預(yù)擰緊。如果擰緊高度太低，彈簧被壓縮的太緊，就失去了彈簧的彈性和減振的效果；而如果高度太高，則彈簧太松，也不能起到減振的效果。

在試驗期間，通過比較不同的擰緊高度發(fā)現(xiàn)，與設(shè)計要求相差幾毫米，便會造成碟簧不同程度的碎裂。因此碟形彈簧預(yù)擰緊高度是否嚴(yán)格遵循設(shè)計要求，也是造成碟簧碎裂的原因之一。

3.5 軸向間隙方面

碟形彈簧與導(dǎo)套、導(dǎo)桿或?qū)蚣g的間隙要嚴(yán)格控制。經(jīng)過測量，在該型車上，螺栓與碟形彈簧之間的實際間隙是技術(shù)要求的2倍。由于間隙過大，導(dǎo)致碟形彈簧在安裝上之后相對于縱向軸線方向左右移動，各組碟形彈簧不能在一個軸線上，導(dǎo)致受力不均勻，因此也是頻繁碎裂的原因之一。

4、結(jié) 論
 
本文對某型特種車車架上安裝的碟型彈簧及其在道路試驗過程中發(fā)生的故障進行了介紹，從不同方面研究了故障原因，設(shè)計人員參考上述研究結(jié)果，對該車碟形彈簧進行了質(zhì)量改進，從后續(xù)試驗結(jié)果看，原因分析正確，對提高使用可靠性起到了參考作用。
 
 
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