載荷限制器碟形彈簧結構參數的合理選擇

楊美芳

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

關鍵詞：載荷限制器；碟形彈簧；摩擦片；變形量

依照國內外標準的有關規定，環鏈電動葫蘆必須設置載荷限制器，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生變化，有時甚至偏離設計值，造成制造過程中的調整困難和不穩定，甚至對環鏈電動葫蘆的安全產生影響。

1 影響載荷限制器扭矩變化的主要因素

環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壓力P、摩擦片的摩擦半徑rμ和摩擦系數u有關，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-碟形彈簧的預壓力（N）；u-摩擦系數；z-接合面數目；rμ-摩擦半徑（mm）；D1-碟形彈簧內徑（mm）；D2-碟形彈簧外徑（mm）

通常取rμ=（D1+D2）/2

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

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計要求，關鍵在于P能否穩定在設計值內。

目前碟形彈簧的計算方法較多，其假設條件也各不相同。但由美國人阿爾曼（J.O.Almen）和拉茲羅（A.Laszlo）根據鐵摩辛可（S.Timasheno）的假定條件而提出的近似計算方法，應用最為廣泛，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）。

當碟形彈簧的結構參數確定時，從式（3）可知，載荷P是f的函數，即式（3）可以用函數方程表示：

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產生影響，附加一個變動量△f，從而引起載荷P產生一個變動量△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計值，因此△T應盡可能小，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，可以由限制器的結構確定。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在不同的數值范圍內時，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，將出現栽荷減小而變形卻會繼續增大的負剛度特性區域，這時碟形彈簧的工作情況將是不穩定的。

（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。其選值范圍應在1

參考文獻

[1]張英會.彈簧[M].機械工業出版社，1982.

[2]北京鋼鐵學院.機械零件[M].人民教育出版社，1980.