載荷限制器碟形彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇

楊美芳

摘 要：文章深入分析了環(huán)鏈電動葫蘆的安全保護裝置載荷限制器的碟形彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇方法。通過文章的分析，希望對相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：載荷限制器；碟形彈簧；摩擦片；變形量

依照國內(nèi)外標準的有關(guān)規(guī)定，環(huán)鏈電動葫蘆必須設(shè)置載荷限制器，其限制扭矩為額定扭矩的1.3～1.6倍。由于載荷限制器的制造誤差、裝配誤差、和長期使用中的磨損，都會使載荷限制器的扭矩產(chǎn)生變化，有時甚至偏離設(shè)計值，造成制造過程中的調(diào)整困難和不穩(wěn)定，甚至對環(huán)鏈電動葫蘆的安全產(chǎn)生影響。

1 影響載荷限制器扭矩變化的主要因素

環(huán)鏈電動葫蘆中常見的載荷限制器

如圖1所示，它主要由齒輪、碟形彈簧、圓螺母、花鍵等零部件組成。其主要工作原理是：當負載超過限制器所限制的最大極限扭矩時，會產(chǎn)生打滑，從而起到安全保護的作用。

載荷限制器傳遞扭矩的能力與碟形彈簧的預(yù)壓力P、摩擦片的摩擦半徑rμ和摩擦系數(shù)u有關(guān)，并隨P、rμ的增大而提高，其扭矩計算公式為：

T=P·u·rμ·z （1）

式中：T-扭矩（N·mm）；P-碟形彈簧的預(yù)壓力（N）；u-摩擦系數(shù)；z-接合面數(shù)目；rμ-摩擦半徑（mm）；D1-碟形彈簧內(nèi)徑（mm）；D2-碟形彈簧外徑（mm）

通常取rμ=（D1+D2）/2

當載荷限制器的結(jié)構(gòu)已確定時，從上式可以看出，u、rμ、z均為常數(shù)，而扭矩T的大小只與碟形彈簧預(yù)壓力P有關(guān)。即式（1）可以用函數(shù)式表示：

T=H（P） （2）

由（2）式可以看出，載荷限制器的限制扭矩能否滿足設(shè)計要求，關(guān)鍵在于P能否穩(wěn)定在設(shè)計值內(nèi)。

目前碟形彈簧的計算方法較多，其假設(shè)條件也各不相同。但由美國人阿爾曼（J.O.Almen）和拉茲羅（A.Laszlo）根據(jù)鐵摩辛可（S.Timasheno）的假定條件而提出的近似計算方法，應(yīng)用最為廣泛，與實際情況也較為相符。其載荷和變形的基本關(guān)系為：

（3）

（4）

式中：c-直徑比，c=D/d；

D-碟形彈簧外徑（mm）；d-碟形彈簧內(nèi)徑（mm）；u-泊松比；E-材料彈性模量；P-彈簧載荷（N）；f-彈簧變形（mm）；s-彈簧片厚度（mm）；h-彈簧極限變形（mm）。

當?shù)螐椈傻慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)確定時，從式（3）可知，載荷P是f的函數(shù)，即式（3）可以用函數(shù)方程表示：

P=G（f） （5）

f的變化對P的影響程度，可以用微分式表示：

dP=G′（f）df

即： （6）

由于載荷限制器的制造誤差、裝配誤差和長期使用中的磨損，都會對碟形彈簧的變形f產(chǎn)生影響，附加一個變動量△f，從而引起載荷P產(chǎn)生一個變動量△P。P的變動必將使載荷限制器的限制扭矩T產(chǎn)生一個變動量△T。由于△T的大小，直接影響到限制器的性能，其值過大會使其限制扭矩偏離設(shè)計值，因此△T應(yīng)盡可能小，也就是△P要盡可能小，即△P/△f→0，從而有：

即： （7）

當h、s和f的值滿足上式時，有dP/df=0，限制器△T較小。f為碟形彈簧的變形，可以由限制器的結(jié)構(gòu)確定。因此可以說：碟形彈簧的極限變形h和彈簧片的厚度s是影響載荷限制器扭矩變化的主要因素。

2 碟形彈簧載荷特性曲線與h和f的關(guān)系

由參考資料[1]介紹的碟形彈簧特性曲線，見圖2，從該圖所示的特性曲線形狀可以看出，h/s的比值對載荷特性影響很大。h/s在不同的數(shù)值范圍內(nèi)時，特性曲線有如下特點。

圖1 碟形彈簧的特性曲線

（1）當h/s>時，載荷增大到一定

值后，將出現(xiàn)栽荷減小而變形卻會繼續(xù)增大的負剛度特性區(qū)域，這時碟形彈簧的工作情況將是不穩(wěn)定的。

（2）當h/s=0.5～時， 彈簧剛度隨h/s的值增大而增大。在h/s<1時，特性曲線形狀較陡，這時載荷的變化率較大，即△P/△f較大，前面已述這是不可取的。

3 結(jié)束語

綜上分析可知，碟形彈簧的極限變形h和彈簧片的厚度s是影響載荷限制器扭矩變化的主要因素。其選值范圍應(yīng)在1

參考文獻

[1]張英會.彈簧[M].機械工業(yè)出版社，1982.

[2]北京鋼鐵學院.機械零件[M].人民教育出版社，1980.