组合碟簧的计算机辅助设计.pdf

1998 年 6 月第 14 卷 第 2 期陕 西 工 学 院 学 报 F I T E O F T 1998V o l. 14 N o. 2组 合 碟 簧 的 计 算 机 辅 助 设 计习 俊 通 聂 刚 (西 安 交 通 大 学 西 安 710049)【 摘 要 】 根 据 碟 形 弹 簧 组 合 设 计 的 特 点 , 应 用 计 算 机 辅 助 设 计 、 数 据 库 及 计 算机 绘 图 技 术 , 形 成 了 一 个 叠 形 弹 簧 组 合 设 计 的 计 算 机 辅 助 设 计 系 统 。 系 统 根 据 输 入 参数 形 式 的 不 同 , 采 用 不 同 的 设 计 准 则 , 可 以 多 种 形 式 输 出 设 计 结 果 参 数 、 组 合 设 计 装 配图 、 碟 簧 零 件 工 作 图 及 特 性 曲 线 。【 关 键 词 】 碟 形 弹 簧 ; 计 算 机 辅 助 设 计【 分 类 号 】 35 22本 文 收 到 时 间 : 1998- 06- 10 第 一 作 者 : 男 1963 年 10 月 出 生 硕 士 讲 师碟 形 弹 簧 简 称 碟 簧 , 是 一 种 由 钢 板 冲 压 成 碟 形 的 薄 板 弹 簧 , 它 体 积 小 , 承 载 大 , 缓 冲 和 减 震能 力 强 , 采 用 不 同 的 组 合 (叠 合 或 对 合 )可 以 得 到 不 同 的 负 荷 及 变 形 特 性 。 早 期 多 用 于 重 型 机 械的 缓 冲 及 减 振 装 置 , 近 年 来 , 在 控 制 仪 器 仪 表 、 数 控 加 工 中 心 等 的 动 作 部 件 上 得 到 广 泛 应 用 。 单个 碟 簧 的 承 载 承 变 形 能 力 是 很 有 限 的 , 实 际 使 用 过 程 中 , 常 通 过 多 个 碟 簧 的 组 合 来 满 足 设 计 要求 。 相 同 直 径 的 碟 形 弹 簧 按 不 同 的 D D和 比 值 分 为 三 个 系 列 , 可 获 得 不 同 的 负 荷 及 变 形特 性 , 在 结 构 形 式 上 又 有 A 型 和 B 型 之 分 , 因 此 , 在 同 一 工 况 条 件 下 , 满 足 设 计 要 求 的 组 合 方案 可 能 有 多 种 , 需 根 据 受 力 、 变 形 以 及 装 配 空 间 等 因 素 来 选 择 一 种 最 优 方 案 。 随 加 载 方 式 、 载 荷大 小 的 不 同 , 还 会 引 起 碟 簧 破 坏 位 置 的 差 异 。 这 诸 多 因 素 给 设 计 人 员 使 用 传 统 方 法 , 合 理 、 准 确和 快 速 完 成 碟 形 弹 簧 的 组 合 设 计 带 来 许 多 不 便 。 由 于 碟 形 弹 簧 的 结 构 形 式 和 尺 寸 已 标 准 化 和系 列 化 , 非 常 适 合 进 行 计 算 机 辅 助 设 计 , 因 此 研 制 开 发 碟 形 弹 簧 统 非 常 必 要 。1 系 统 的 设 计 思 想 和 方 法碟 形 弹 簧 的 组 合 设 计 , 一 般 按 载 荷 和 变 形 大 小 、 负 荷 变 形 特 性 及 结 构 尺 寸 等 要 求 , 来 选 择适 用 的 标 准 尺 寸 、 碟 片 数 量 和 组 合 方 式 。 对 于 承 受 动 载 的 碟 簧 , 还 须 进 行 强 度 疲 劳 校 核 , 并 要 指出 疲 劳 应 力 点 。 碟 簧 选 定 尺 寸 和 结 构 后 , 应 计 算 并 绘 出 特 性 曲 线 。 尽 管 碟 形 弹 簧 已 属 标 准 件 ,一 般 厂 家 只 需 外 购 即 可 , 但 作 为 检 验 要 求 , 有 时 还 需 要 绘 出 碟 形 弹 簧 零 件 的 详 细 工 作 图 。111 标 准 数 据 处 理碟 形 弹 簧 的 结 构 尺 寸 已 标 准 化 、 系 列 化 , 有 大 量 的 结 构 尺 寸 参 数 (外 径 、 内 径 、 厚 度 等 )和 尺寸 公 差 、 形 位 公 差 、 粗 糙 度 等 技 术 要 求 参 数 及 导 向 件 直 径 参 数 , 还 有 一 些 设 计 线 图 。 对 于 参 数 数据 , 系 统 借 助 了 据 库 管 理 系 统 , 来 完 成 数 据 建 库 、 录 入 和 排 序 , 这 样 便 于 用 户 以 后扩 充 修 改 , 而 不 需 修 改 设 计 程 序 。 设 计 计 算 时 , 系 统 直 接 调 用 据 库 , 对 其 进 行 查 询检 索 。 对 于 设 计 线 图 采 用 最 小 二 乘 法 进 行 曲 线 拟 合 。图 1 碟 性 弹 簧 组 合 设 计 过 程 框 图112 设 计 参 数 输 入 及 组 合 计 算碟 形 弹 簧 设 计 依 据 的 基 本参 数 通 常 有 最 大 工 作 负 荷 P 2,最 大 工 作 行 程 负 荷 型 (静载 或 动 载 )。 是 否 将 导 向 件 (导杆 或 导 套 ) 的 尺 寸 要 求 作 为 基本 参 数 视 情 况 而 定 。 碟 形 弹 簧根 据 不 同 的 D D 和 比 值分 为 三 个 系 列 , 相 同 直 径 的 碟簧 第 一 系 列 承 载 能 力 最 强 , 变形 能 力 最 差 , 第 三 系 列 变 形 能力 最 强 , 而 承 载 能 力 最 差 。 系 统根 据 输 入 参 数 的 情 况 , 采 用 不同 组 合 设 计 准 则 。 如 输 入 参 数中 不 包 括 结 构 参 数 相 关 信 息时 , 系 统 首 先 根 据 叠 簧 载 荷 条 件 确 定 每 一 系 列 中 , 满 足 载 荷 要 求 的 碟 簧 结 构 参 数 及 最 小 叠 合数 , 然 后 再 根 据 变 形 条 件 确 定 出 碟 簧 对 合 组 数 。 显 然 , 设 计 结 果 中 各 系 列 碟 簧 的 结 构 参 数 不 一定 相 同 。 这 一 过 程 可 用 图 1 表 示 。 如 需 将 导 向 件 的 尺 寸 要 求 作 为 基 本 参 数 , 则 先 要 由 导 向 件 的尺 寸 , 根 据 其 与 碟 簧 内 (外 ) 径 的 间 隙 要 求 , 确 定 出 碟 簧 的 结 构 参 数 , 再 根 据 载 荷 和 变 形 要 求 确定 叠 合 和 对 合 的 数 量 。 不 管 在 哪 一 种 情 况 下 , 满 足 设 计 要 求 的 组 合 方 案 应 有 三 种 。1. 3 组 合 设 计 方 案 的 确 定 选 择碟 形 弹 簧 的 组 合 设 计 , 一 般 应 遵 循 在 满 足 性 能 要 求 条 件 下 , 让 使 用 的 碟 簧 片 数 最 少 的 原则 。 但 这 一 原 则 并 不 能 保 证 碟 簧 组 合 最 符 合 设 计 要 求 , 而 且 每 种 组 合 方 案 的 承 载 和 变 形 能 力 都有 一 定 冗 余 , 其 冗 余 量 的 大 小 也 是 用 户 选 择 方 案 时 的 一 个 考 虑 因 素 。 本 系 统 没 有 采 用 单 一 原 则来 得 到 所 谓 的 最 优 方 案 , 而 是 利 用 多 窗 口 技 术 , 将 三 种 方 案 的 组 合 形 式 及 每 一 种 方 案 的 性 能 指标 (最 大 承 载 能 力 、 实 际 载 荷 、 最 大 变 形 能 力 、 实 际 变 形 、 疲 劳 破 坏 关 键 部 位 、 上 限 许 用 应 力 等 )图 示 列 表 于 同 一 屏 幕 上 。 让 设 计 者 充 分 考 虑 各 种 因 素 , 选 择 适 当 的 设 计 方 案 。1. 4 设 计 结 果 输 出系 统 设 计 结 果 的 输 出 包 括 两 种 方 式 :(1) 文 件 输 出 : 系 统 通 过 三 个 文 件 指 针 , 将 设 计 原 始 数 据 、 组 合 方 案 、 工 作 零 件 图 存 贮 在同 一 文 件 中 , 便 于 管 理 及 以 后 调 用 。(2) 打 印 机 、 绘 图 机 输 出 : 系 统 可 自 动 在 打 印 机 、 绘 图 机 上 输 出 组 合 方 案 装 配 图 , 性 能 表格 , 零 件 工 作 图 , 无 须 借 助 其 它 图 形 系 统 。2 系 统 的 软 件 实 现本 系 统 采 用 了 T u 2. 0 为 开 发 语 言 , 简 单 紧 凑 , 汉 字 菜 单 , 不 需 任 何 汉 字 环 境 , 鼠 标 驱动 , 使 用 灵 活 方 便 。 系 统 由 设 计 基 本 参 数 输 入 、 组 合 设 计 、 强 度 校 核 、 设 计 结 果 输 出 四 个 模 块 组54第 2 期 习 俊 通 等 组 合 碟 簧 的 计 算 机 辅 助 设 计 成 , 系 统 构 成 如 图 2 所 示 。图 2 系 统 功 能 模 块 框 图3 应 用 举 例设 计 一 组 静 载 荷 为 5000N , 变 形 量 要 求 为 10 导 杆 直 径 为 20 组 合 碟 簧 。 系 统 设计 的 三 种 方 案 如 图 三 所 示 , 从 中 可 看 出 , 方 案 一 的 碟 簧 片 数 较 少 , 而 方 案 二 的 碟 簧 总 高 度 较 小 ,单 片 碟 簧 的 利 用 率 也 较 好 , 具 体 如 何 选 择 , 用 户 可 视 情 况 而 定 。图 3 应 用 举 例4 结 束 语本 文 是 作 者 为 某 厂 研 制 开 发 的 数 控 加 工 中 心 常 用 件 统 的 一 部 分 。 系 统 将 计 算 机辅 助 设 计 、 数 据 库 及 计 算 机 绘 图 技 术 融 为 一 体 , 为 准 确 、 高 效 地 实 现 碟 形 弹 簧 的 组 合 设 计 提 供了 一 种 可 靠 方 便 的 手 段 。 (下 转 第 68 页 ) 64 陕 西 工 学 院 学 报 第 14 卷参 考 文 献1 刘 青 、 赵 哥 平 . 在 A 实 现 参 数 化 绘 图 . 计 算 机 辅 助 设 计 与 制 造 . 199713, 37 392 唐 建 生 . 计 算 机 辅 助 绘 图 与 设 计 . 成 都 : 电 子 科 技 大 学 出 版 社 , 19961169 1733 赵 月 芳 . 微 机 绘 图 与 A 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 , 1993. 291 301 (D ep t ou i in X i710054) By w u w of of p p in u se u an A u w 上 接 第 46 页 )参 考 文 献1 东 北 大 学 机 械 零 件 设 计 手 册 编 写 组 1 机 械 零 件 设 计 手 册 1 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1994, 532 5422 张 英