碟形弹簧

碟形弹簧

碟形弹簧是一种承担轴向载荷的锥形精密部件。碟形弹簧有时也被称为碟形垫圈、碟簧、弹簧垫圈或锥形垫圈。相较于其他类型的弹簧，碟形弹簧的独特之处在于，碟形弹簧的力/变形量曲线是一致且可重复的，并且可以可靠地确定最小疲劳寿命（根据DIN EN 16984（以前的DIN 2092）的标准化计算）。碟形弹簧可以持续或间断静态加载负荷，也可以动态承受持续的周期性负荷。它们可以单个使用或采用叠合组合、对合组合或混合组合的形式多个一起使用，以实现理想的力-变形量特点。

由于具有可预测性、可靠性和无可比拟的疲劳寿命，碟形弹簧在用于安全阀、电梯的离合器和制动器机构及工业管道系统的支撑等关键应用时，优于其他各型弹簧（如螺旋弹簧、贝氏垫圈，贝氏弹簧和锥形垫圈）。

与其他类型的弹簧相比，碟形弹簧具有以下优势：

荷载/变性特性范围宽广
变形较小的高载荷能力
节省空间——高载荷尺寸比
在设计载荷下具有一致性能
较长的疲劳使用寿命
固有的阻尼作用，采用叠合组合形式效果更佳
满足您应用需求的灵活组合布置

SPIROL提供了DIN EN 16983（原DIN 2093）A、B、C全系列分组1和分组2中的碟形弹簧。除了DIN规定的尺寸外，SPIROL还可提供外径尺寸范围从8毫米至200毫米的标准产品，以满足客户的不同需求。SPIROL标准碟形弹簧符合DIN EN 16983（原DIN 2093）规定的所有材料、尺寸公差和质量规范的要求，并提供了未包含在DIN标准中的直径和厚度组合。

SPIROL还提供多种奥氏体不锈钢碟形弹簧。.

SPIROL可提供单片碟形弹簧和定制配置的预叠合碟形弹簧，采用收缩包装，带有穿孔标签，便于装配。

您可从我们丰富的标准产品中进行选择，或者利用我们的免费应用工程支持，我们将助您确定适合您特定应用和装配需求的单片碟形弹簧或碟形弹簧组！

碟形弹簧类型

SPIROL的碟形弹簧产品包括1）遵照DIN EN 16983（原DIN 2093）标准生产的碟形弹簧，2）外径尺寸范围从8毫米至200毫米的SPIROL标准碟形弹簧，根据DIN EN 16984（原DIN 2092）的标准计算设计而成，3）奥氏体不锈钢碟形弹簧和4）预叠合碟形弹簧。

规格

高碳钢和合金钢材料可以为大多数应用提供极高的强度和较长的使用寿命。磷酸锌和涂油类的标准涂层可以提供足够的保护来抵御湿度和偶尔的水分。同时还提供有更有效的保护性涂层，但它们往往会在动态应用中遭到磨损。

一定要避免使用电镀涂层。对于硬度超过 HRC 40 的高载荷碟形弹簧，氢脆化具有巨大的风
险。对于静态和低循环应用，奥氏体不锈钢是一个非常好选择。它可以提供较大的受力和极强的抗腐蚀性。这种材料可以在使用中保持硬度，尽管其循环寿命是有限的，但抗蠕变性更佳。

对于需要进行抗腐蚀保护的动态应用，建议使用析出硬化不锈钢。这些不锈钢与标准碟形弹簧材料一样坚固且非常耐腐蚀。

当温度超过约 100°C (200°F) 时，标准的碟形弹簧材料就会开始变形或塌陷。
在 150°C 至 200°C (300°F 至 400°F) 之间，这些材料会损失强度，不再可用。不锈钢可以抵御更高的温度，但最高只能达到 300°C (575°F)。

设计指南

SPIROL提供了通用设计指南，帮助您为您的应用选择合适的碟形弹簧或碟形弹簧组配置。选择合适的碟形弹簧或碟形弹簧组时需要考虑力的大小、工作参数、使用环境、工作周期和所需寿命。SPIROL提供以下设计指南：

尺寸和选择
疲劳寿命
材料和表面处理
方向

获取碟形弹簧设计指南

SPIROL提供免费的应用工程支持，不仅可以帮助您为具体应用选择合适的碟形弹簧或碟形弹簧组，还可以帮助您设计组件，以实现项目生命周期内的预期性能。如有任何问题，请与我们联系，我们的应用工程团队随时为您效劳！

设计指南

组合方式

需要考虑叠合碟形弹簧表面之间的摩擦力。各滑动面的合理余量为2~3%——加载时受力较大，卸载时受力较小。叠合的碟形弹簧应充分润滑，建议一组叠合碟形弹簧的数量最多不要超过4个，以减少计算特性值与测量特性值之间的偏差。叠合的碟形弹簧具有增强的自阻尼（滞后）特性。

组合构造

通常将碟形弹簧两个面中的外边缘尺寸较大的面放置在两端比较合理，如果组合中的数量为奇数对则无法实现。在此情况下，应该将外边缘尺寸较大的面上的端面设计为受力的端面——即组合的移动端。

应用成功案例

重型直角钻机机械离合器碟形弹簧

客户面临的挑战 :

在研发早期，DEWALT 工程师与位于亚洲的低成本碟形弹簧提供商合作。DEWALT 研发并理论上计算出了初始的碟形弹簧设计。第一个原型制品失败，新设计的循环寿命不足目标循环寿命的一半。分析表明，碟形弹簧过早疲劳失效是由于高于预期应力、材料质量较低、与原先亚洲提供商的理想制造工艺相比更差的原因造成的。

为了找到解决方案，项目总工程师联系 SPIROL 以讨论碟形弹簧的设计问题。SPIROL 的应用工程师小组评估了设计目标/约束，很快断定标准碟形弹簧无法满足这些目标/约束。SPIROL 小组本质上成了 DEWALT 小组的延伸，并且专门致力于碟形弹簧部分的设计。SPIROL 建议客户采用其它尺寸、材料和二级操作的碟形弹簧设计。对于这个高要求和高性能的应用，这些特性具有明显的附加价值，并且与亚洲提供商提供的产品相比，最终仅多几个便士。

SPIROL解决方案：

DEWALT试验了 SPIROL 推荐的碟形弹簧，工具远远超出了所要求的循环寿命。通过一起合作，DEWALT 和 SPIROL 决定将最佳的碟形弹簧设计应用于新型角钻，将两家公司的研发时间减到最少。

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机械制动系统中的碟形弹簧

客户面临的挑战 :

非公路用设备的制动系统通常都是设计为液压驱动式。在大部分情况下，在承压流体使固定板压到随传动轴旋转的板上时产生制动。每套刹车板之间的摩擦控制车辆的减速。如果没有额外的安全系统，这个设计本身的可靠性非常有限。如果用液压密封垫，或液压气缸压力消失，刹车系统将失灵。

SPIROL解决方案：

采用 SPIROL® 的碟形弹簧。通常情况下，液压系统在成组的碟形弹簧上压力很稳定。如果压力失衡，碟形弹簧组解压以启动刹车系统。压缩弹簧或波形弹簧在同样空间下不能提供足够的力启动刹车系统。碟形弹簧的稳定性影响本安全系统的可靠性。在这个重要的应用中，碟形弹簧改进了产品品质，保证了安全性。

SPIROL® 碟形弹簧稳定性好，能保存机械能量。

SPIROL 碟形弹簧的锥度设计使得它的弹簧特性和性能比传统压缩弹簧更有可预见性。碟形弹簧相比较压缩弹簧和波形弹簧，能在较小空间内产生较大的力：他们通常多个堆叠以达到适合应用需要的弹簧刚度：成组堆叠用力较小、活动范围更大；平行堆叠力量更大、活动范围更小。每个碟形弹簧的公差精确，性能有可预见性（不管是成堆还是平行堆叠）。

SPIROL® 碟形弹簧同样能预测疲劳寿命，应力分析可以测算出碟形弹簧的最小生命周期。

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起重机过载载安全开关中的碟形弹簧组

客户面临的挑战 :

一家制造商向SPIROL寻求帮助，希望我们帮忙设计一组碟形弹簧以可靠地启动仓库起重机的过载机制。制造商的设计方案支持起重机在800至2400公斤（7.85至23.54千牛）的范围内工作，而碟形弹簧则用于激活过载机制，防止起重机在超过2700公斤（26.48千牛）的负载下工作。制造商将碟形弹簧的最大直径限制为94毫米，堆叠高度为150毫米。

尽管停止机构仅在起重机超载的罕见情况下才会使用，但由于每次使用起重机时碟形弹簧都会循环作用，因此这被认为是一个动态应用。

SPIROL解决方案：

SPIROL的应用工程团队确定，对合组合的（20）个合金钢（51CrV4）碟形弹簧（DSC90x46x5mmWR）在设计的物理约束范围内，其支持力/变形量须符合相关要求。为了确保碟形弹簧组在下限和上限材料条件下发挥所需的性能，SPIROL工程团队在评估过程中计算了碟形弹簧组在极限公差范围下的性能。这包括碟形弹簧的弹簧力公差（+10 / -5% @s = 0.75ho），并在最终力值上加上±2-3%的偏差，以考虑碟形弹簧之间摩擦的最小影响，因为没有碟形弹簧是并行叠合的。
最后，SPIROL推荐的碟形弹簧组在设计的物理限制范围内满足了所有性能要求。
欲了解更多信息，请阅读我们的白皮书 “如何确定合适的碟形弹簧组合结构”

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CNC数控机床截取装置中的碟形弹簧

客户面临的挑战 :

CNC 数控机床截取主轴是用来固定住部件，并把部件切成想要的长度。完成操作后，主轴上的夹头吐出部件，然后继续抓取下一个部件。

SPIROL解决方案：

当机器进行设置时，固定住部件的压应力必须要精确计算并校准，以避免产品滑落（如果抓取力太小），或捏坏（如果抓取力太大）。校准受产品形状和材料的影响。校准过后，成品的质量很大程度取决于压应力是否能在数千次运转后仍能保持恒定。

SPIROL® 碟形弹簧品质可靠、性能稳定。液压滚筒可以压缩 16 个堆叠的 SPIROL® 碟形弹簧，使夹头打开。每次当滚筒释放力时，SPIROL® 碟形弹簧就都能提供恒定的力以关闭夹头。

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作为工业管道系统管道支撑的碟形弹簧

客户面临的挑战 :

ASME 对压力管道有强制标准，正确的设计和安装对管道系统的性能和安全性非常重要。工业管道系统主要由悬挂器、基线或支座弯头支撑。这些支撑都是静态的，用于承重，动态的支撑对于控制管道系统的荷载非常必要。

SPIROL解决方案：

举例来说，在热交换器应用中，SPIROL® 碟形弹簧用于承受热动力。随着管道内液体温度变化，管道可能涨大（如果液体是热的）或收缩（如果液体冷却）。SPIROL® 碟形弹簧在任何温度情况下都能保持压力恒定，支持系统。这种恒定性对于保证连接处的密封非常关键。良好的密封效果能避免液体溢出，减少维护成本。

SPIROL® 碟形弹簧比螺旋弹簧优势明显，因为它能在有限的空间达到相同的位移。在很多情况下（例如在热交换器底部法兰上），需要节省空间。SPIROL® 碟形弹簧用在工业管道系统上，可提供强大的、无需维护的支持系统。

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属性	分组1	分组2
厚度	<1.25mm	1.25mm 至 6mm
材质	B 碳钢 C67S (1.1231) / UNS G10700	W 合金钢 51CrV4 (1.8159) / UNS G61500
硬度	HV 425-510 (HRC 43-50)	HRC 42-52 (HV 412-544)
表面处理	R 磷化并涂油

系列A	D_e / t ≈ 18	h_o / t ≈ 0.4
系列B	D_e / t ≈ 28	h_o / t ≈ 0.75
系列C	D_e / t ≈ 48	h_o / t ≈ 1.3

材质	D SAE 301 全硬不锈钢 (X10CrNi18-8 No 1.4310 / UNS 30100)
表面处理	K 无表面处理，未涂油

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设计指南

堆叠

组合方式

组合构造

应用成功案例

重型直角钻机机械离合器碟形弹簧

客户面临的挑战 :

SPIROL解决方案：

机械制动系统中的碟形弹簧

客户面临的挑战 :

SPIROL解决方案：

起重机过载载安全开关中的碟形弹簧组

客户面临的挑战 :

SPIROL解决方案：

CNC数控机床截取装置中的碟形弹簧

客户面临的挑战 :

SPIROL解决方案：

作为工业管道系统管道支撑的碟形弹簧

客户面临的挑战 :

SPIROL解决方案：