十字彈簧墊圈過應力分析及解決措施

惠珂　白銘濤　張波

摘 要：簡要分析了旋轉變壓器內彈簧墊圈斷裂的原因，并就彈簧墊圈過應力斷裂采取了相應的糾正、預防措施。

關鍵詞：旋轉變壓器；彈簧墊圈；扭曲斷裂；過應力

中圖分類號：TH136 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.085

1 問題概述

在使用某天線時，出現了掃描線跳動的情況，經過分析發現，天線傳動裝置內撥盤中的1個十字彈簧墊圈扭曲斷裂造成了旋轉變壓器失效。

2 原因分析

彈簧墊片的安裝形式為：兩端分別卡在卡槽內，卡好后由旋轉變壓器安裝面壓緊。下面，簡要分析了墊片的加工過程。

2.1 從使用情況上分析原材料

用T8A型鋼材生產加工墊片，T8A型鋼材屬于彈簧鋼，硬度為HRC38～42，經過淬火回火處理后，其硬度較高，耐磨性良好，主要用于彈簧墊片的生產制造。對加工彈簧墊片的T8A型鋼材樣品進行理化分析，其成分符合材料標準的要求。原材料的選型和材質都符合要求，原材料不存在缺陷。

2.2 從設計原理上分析

彈簧墊片的外形結構如圖1所示。

此零件工作時，最惡劣情況是只有A，B，C，D中的2處工作，這時，分析任意一點的受力情況，得：

FR=M慣+M摩. （1）

在潤滑良好的情況下，摩擦力矩M摩可以忽略，此時：

FR=M慣. （2）

M慣=Jε=1/2mr2ε. （3）

式（3）中：J為旋轉變壓器組件中轉動部分的轉動慣量；m為其質量（估算為50 g）；r為旋變的最大外形半徑（估算為30 mm）；ε為旋轉變壓器從靜止到平穩運轉時的角加速度。

旋轉變壓器從靜止到平穩運轉時的角加速度為：

ε=ω/t起=[（π×n）/30]/t起=（π×n）/30t起. （4）

式（4）中：ω為旋變的角速度；n為轉速，取最大值，n=20×18=360 r/min；t起為啟動時間，估算t起=0.5 s。

將式（1）（2）（3）（4）聯解得：F=0.17 N，則壓應力為：

σ=F/S. （5）

代入具體數據得：σ=0.17/（0.2×10-3×1.2×10-3）=0.7×10-6 Pa=0.7 MPa。

考慮其他因素，取安全系數為10，則σ許=10σ=7 MPa。

零件材料的最小抗壓強度σb=1 300 MPa，遠大于零件工作時的應力σ許=7 MPa。由此可得，此零件正常工作時的強度足夠，設計值滿足使用要求。

2.3 工藝加工組裝過程分析

彈簧墊圈零件經過備料、沖孔落料、保護退火、彎曲、淬火/回火和表面處理等工序。

2.3.1 分析各道工藝加工工序

沖孔落料、彎曲分別采用工裝跳步模JG10-1093、彎模JG11-0495加工。零件依靠模具加工，與圖紙完全符合，并且一致性好。

2.3.2 熱處理符合工藝要求

熱處理的相關工藝要求如表1所示。

表1 熱處理時的工藝要求

熱處理 加熱溫度/℃ 保溫時間 HRC38～42

保護退火 780±10 1～1.5 h

淬火/回火 790±10/360±20 3～5 min/30～40 min

2.3.3 旋轉變壓器的組裝

在組件筒裝配過程中，潤滑脂的牌號符合要求，并且彈簧墊圈與旋轉變壓器、筒必須完全嚙合，推入并壓緊到位后才能完成安裝。整個過程是在操作人員目測下完成的，并且只有安裝到位后才能保證軸運轉靈活，而要想保證軸運轉靈活，圖紙和工藝文件中必須有明確注明。裝配完成后，還要檢測回差，旋轉變壓器在裝配過程中符合工藝圖紙的要求。

根據以上分析可知，各道工序加工完全符合圖紙要求，并且一致性好，工藝參數成熟、規范，整個零件在加工裝配工藝過程中不存在會造成彈簧墊圈失效的問題。

2.4 旋轉變壓器調整過程分析

將旋轉變壓器裝入天線，在天線指標測試時，需調整旋轉變壓，使機械零位和電氣零位保持一致。由于天線已合攏，無法在目視情況下進行，所以，在分析斷裂墊圈時發現，彈簧墊圈兩端簧片存在扭曲，確認是因為在調整旋轉變壓器時，彈簧墊圈的兩端定位銷松脫未放進卡槽內，扭曲擠壓在安裝平面上。轉動旋轉變壓器時，墊圈兩頭定位銷未放進卡槽內，由于安裝面擠壓比較緊，所以，利用摩擦力仍然可以轉動旋轉變壓器，長時間工作后，便造成十字彈簧墊圈過應力。

3 糾正措施

彈簧墊片斷裂的主要原因是在調整旋轉變壓器時，無法在目測情況下進行，彈簧墊圈定位銷未卡進卡槽內，使得彈簧扭曲變形造成墊片斷裂。針對這個情況，主要采取了以下2點糾正措施：①細化調整旋轉變壓器的方法，量化旋變調整時的范圍，避免彈簧墊圈定位銷松脫；②采用內窺鏡的調試方式檢查調整后的旋轉變壓器。

4 結論

綜合分析原材料、設計原理、加工工藝和旋轉變壓器調試過程等多方面得出，此次十字彈簧墊圈過應力主要是因為在調整旋轉變壓器時，彈簧墊圈定位銷松脫，未卡在卡槽內，使彈簧墊圈扭曲擠壓在安裝面上，造成彈簧墊圈過應力，進而造成彈簧墊圈斷裂。

〔編輯：白潔〕