喋形弹簧的设计计算

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l引言
液压台虎钳因其结构紧凑，在较小的作用力下能产生倍增的夹紧力，且夹紧力稳定可靠等优点，正在逐步取代传统的机用平口虎钳。在液压台虎钳的研制过程中，我们发现碟形弹簧由于具有刚度大，缓冲吸振能力强，能以小变形承受大载荷和轴向空间要求小等优点，非常适应液压增力虎钳的要求。所以液压增力虎钳的液压增力用碟形弹簧储能并夹紧。碟形弹簧的选择直接影响到液压虎钳的增力和夹紧力的稳定性。所以正确地选择碟形弹簧的系列、个数、组合方式及应力计算至关重要。
2最大夹紧力的设定
选择碟形弹簧的系列、个数、组合方式首先考虑的是碟簧的工作载荷，碟簧的工作载荷决定于油缸的油压，而设计油缸的油压与设定液压增力虎钳的夹紧力直接有关。
2．1铣削力计算
在设计过程中首先选定X62W铣床。按照机用平口虎钳参数GB4344-84选取基本参数和尺寸(中、小型号)如表一作为液压增力虎钳的外型设计尺寸。

表1机用虎钳基本参数和尺寸


铣床在铣削过程中的切削力：
式中： ---圆周切削力；
p---单位面积上的切削压力(见表2)；
---平均切削面积。
在计算过程中圆柱铣刀的铣削厚度：

端面铣刀的铣削厚度
式中： ---每齿进给量；
t---圆柱铣刀的铣削深度；
D---圆柱铣刀直径；
---广端面铣刀主偏角。

表2铣削钢和铸铁时单位面积的切削压力



平均切削面积:  
式中：     一铣削宽度
卜一铣削深度；
s 一每齿进给量；
z---铣刀齿数
D---铣刀直径

按照我们设定的机用虎钳基本参数和尺寸，结合生产实际，利用上述4个公式，在不同参数下的铣削力P ≤1500N。
2．2机用平口虎钳夹紧力确定
由铣削力可以计算机用平口虎钳夹紧力。
F*f=R

式中： 一虎钳夹紧力；
R一铣削力；
产一摩擦系数。
查手册钢与钢之间的摩擦系数，=0．15。由(5)式得机用平
口虎钳的夹紧力为：
3碟形弹簧的设计计算
3．1碟形弹簧的基本尺寸和组数
由前面设定的虎钳外型尺寸和最大夹紧力进行碟形弹簧的设计计算。受外型尺寸限制碟形弹簧在承受载荷时的变形量定为5ram，导杆的最大直径定为1 lmm。以计算的最大夹紧力分配在两组蝶形弹簧上，因而确定碟形弹簧承受载荷力为5000N。由以上数据查GB1972--92规定，选取内径d=11．3ram的碟簧三种，尺寸如表四。
由表可见，选择系列A直径D=22．5ram复合弹簧组，使结构最紧凑，在较少的弹簧组合下，达到储能要求。我们选择每一组用三个碟片，不考虑摩擦力时，单个碟片的弹簧力为：
表3碟簧尺寸



按单个碟簧压平时碟簧载荷计算公式：

式中：弹性模量E=2．06 X 10 MPa，泊松比tx=0．3，碟簧无
支承面 =1，系数 在 时，


由公式(7)得：


由蝶簧特性线图1A系 ：
列的 ，根据  
0．82查出f／h。=0．72，变形量  =0．72ho=0．72 X 0．5= 0．36
，按总变形量为5mm的要求所需叠合组数为

取整数14个叠合组，则
弹簧组尺寸为．
未受载荷时弹簧组自由高度

受载荷 =5000N时，弹簧组高度
考虑摩擦力时，弹簧负荷应予修正

式中： 一碟簧锥面问的摩擦系数；查手册取， =0．015


由蝶簧特性线图lA系列的 。 =0．4，
则
f／h。=0.7 =0.7*ho=0.7*0.5=0.35，叠合组数为

取整数仍为14个叠合组。
3．2碟形弹簧应力校核
受静载荷压平时的应力

所以弹簧选择合理。
3．3碟形弹簧材料及热处理工艺的选择
根据碟形弹簧的工作状态，要求材料应具有高的弹性极限，屈服极限，耐冲击性能和足够大的塑性变形性能，为此选用62SIzMnA。热处理工艺应选择淬火+中温回火。
4试验结果
按照上述蝶形弹簧的设计计算，在液压增力虎钳的研制开发中，我们选择碟簧A22．5—1GB／T1972的14组每组3个碟簧进行储能，试验结果最大夹紧力达到12000N以上，稳定性好， 10h夹紧力下降在5％之内。

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