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一、定义
碟形弹簧简称碟簧，犹如一只无底的金属盘子，可以承受轴向载荷，常用金属钢带、钢板或锻坯加工而成的弹性元件。
二、碟簧特点
1）在负荷作用方向上尺寸较小，且能在很小变形时承受很大负荷，轴向的空间紧凑，具有较大变形能。
2）具有变刚度特性，根据不同的h0/t,可得到近似直线，渐减型、渐增型、零刚度乃至负刚度的特性。
3）组合自由、方便，可以标准化生产，使用、维修、管理方便。
三、结构形式
普通碟簧根据支承结构分为无支承面及有支承面两种，如图
四、碟形弹簧的主要参数及力学性能：
D—外径；d—内径；t—厚度；H0—自由高度；
h0=H0–t—内锥高度，单位均为mm。
H12（13）—基轴制允许偏差12（13）分别代表级别；
h12（13）—基孔制允许偏差12（13）分别代表级别；
A系列指h0/t≈0.4，D/t≈18，共29个规格
B系列指h0/t≈0.75，D/t≈28，共29个规格
C系列指h0/t≈1.3，D/t≈40，共29个规格
A系列、B系列、C系列应力、力学特性及其它一些知识
形象地说，应力就是物体抵抗外力在内部产生的力，应力有拉应力、压应力、剪切应力、弯曲应力、屈服应力、扭转应力等等。碟形弹簧应力用σⅠ、σⅡ、σⅢ、σⅣ、σOM、来标注。详见下图：
σOM是碟簧中心层中心点往上表面OM处的应力，设计碟簧时，
σOM≤~MPa。
σⅠ是碟簧内径上周的应力，设计时≤MPa。
σⅡ是碟簧内径下周的应力，σⅢ是碟簧外径下周的应力，对于受动载的碟簧，它们的值分别不宜、、MPa。
σⅣ是外径上表面的应力，一般不会使碟簧产生失效。
MPa是压强应力的符号，就是N/mm2的符号。
五、碟簧的技术要求
1.材料在GB/T-标准中推荐使用60Si2MnA或50CrVA材料，也可以选用不锈钢、耐热钢或其他铜合金、钛合金、镍基、钴基合金等。
2.尺寸与形位的极限偏差：
我国标准将碟簧的尺寸、负荷精度分为一级和二级精度。尺寸包括直径（内、外径）、厚度、自由高度。
3.形位极限偏差：我国标准没有，但德国DIN有要求，如同心度，D≤50为2.1T11;D〉50时，为2.1T12。国标只有表面粗糙度，这些具体数据都在GB/T-中载明。
4.表面处理、热处理、强压处理都有明确要求。表面不论是氧化、磷化都不允许有对使用有害的毛刺、裂纹和伤痕缺陷。需淬、回火处理的，淬火次数不得超过两次，硬度在42HRC~52HRC中间，单边脱碳层深度对1类碟簧不应超过其厚度的5%，2、3类碟簧不应超过其厚度的3%（最大不超过0.15mm）.
5.强压处理是必须的工序。处理方法是用≮2Ff=0.75h0的负荷压缩弹簧，持续时间≮12h，或短时压缩，压缩次数≮5次。
6.特殊表面防腐处理以及强化处理特殊技术要求（如疲劳、松弛、蠕变等）均由双方协议规定，不作为国家标准硬性规定。
六、根据国家标准要求，碟簧制造工艺及其厚度分为三组：
第Ⅰ组生产工艺流程是：冲坯→热处理→强压→表面处理→终检→包装
第Ⅱ组生产工艺流程是：冲坯→机加工内外径→热处理→强压→表面处理→终检→包装
第Ⅲ组生产工艺流程是：冲坯→全加工（外径、内径、平面）→热处理→强压→表面处理→终检→包装
每道工序都有过程检验。终检时必须按照国家标准或工艺文件进行全面试检。
六、碟形弹簧负荷及刚度曲线
碟形弹簧与普通圆柱螺旋弹簧不同，一般不能使变形和负荷成虎克定律，P-f不是一根直线。碟形弹簧P-f曲线是根据ho/t来决定的。标准碟簧A系列ho/t=0.4，近似一根直线，B系列ho/t=0.75为一渐减性曲线，C系列碟簧ho/t=1.3，如果ho/t1.3，此时的碟形弹簧受力状态就不稳定了，在强压和测力时会翻边，测力曲线会发生突变。ho/t再增大，还会产生零刚度和负刚度曲线，具体见图（2）
图2图3
为什么国家标准规定的P值一定要在Pf=0.75ho检查呢?其原因主要是标准推荐的计算公式和实际测定值是有差别的，如图（3）所示，只有在Pf=0.6ho～Pf=0.8ho之间比较吻合。f0.6ho时，实测值小于理论偏值，f0.8ho实测值大于理论值，加之对交变负荷作用的f不宜0.75ho以上，所以认定为Pf=0.75ho为宜。
组合检查时要用专用压具，其导向件单边间隙要符合表（2）的规定。导向件导向表面的硬度最低不小于55HRC，导向件表面粗糙度Ra3.2μm。
表2
七、碟形弹簧的检查
碟簧的几何尺寸、特性、疲劳试验应在永久变形检验后进行。
1）几何尺寸
1．1厚度
碟簧的厚度用千分尺在碟簧中心处沿圆周测量至少3点，取最大值。
1．2直径
碟簧的直径用分度值小于0．02mm的游标卡尺测量，圆周范围内至少测量3点，外径取最大值，内径取最小值。
1．3自由高度
碟簧的自由高度在二级精度平台上，用分度值小于0．02mm的游标深度尺测量。圆周范围内至少测量3点，取最大值。
2）特性
2．1负荷
2．1．1单片碟簧
单片碟簧的负荷在精度不低于1％的试验机上进行，测量加载到Ho—0．75h。时的负荷或Ho—0．75h0·i(i≤10片，对合组合)时的负荷，试验时要用润滑剂，两端的压板硬度必须在52HRC以上，表面粗糙度Ra＜1.6μm。
2．1．2组合碟簧
组合碟簧的负荷在精度不低于1％的试验机上进行，测量加载和卸载到H0一0．75ho·i(即指定高度)时的负荷。试验时要用润滑剂，两端的压板硬度必须在52HRC以上，表面粗糙度Ra1．6μm；导向件应符合国标中的要求。组合碟簧的试验要求由供需双方协议规定。
2．2永久变形
碟簧的永久变形在试验机上用两倍的／f≈0．75h。时的负荷将成品碟簧压缩3次，测量第2次和第3次压缩后的自由高度，其差值即为永久变形量。永久变形检验后碟簧的自由高度应符合国标规定限偏差范围内。
2．3硬度
碟簧硬度按GB／T．1或GB／T．1的规定，厚度1mm，在维氏(或表面洛氏)硬度计上进行；厚度≥1mm，在洛氏硬度计上进行。试验压痕应在碟簧上表面的中心处。每件打4点，第1点不考核，取后3点的平均值。
2．4脱碳检验
碟簧脱碳层深度按GB／T的规定进行。
3）表面质量
碟簧的表面质量用10倍放大镜，目测检查。
4）表面粗糙度
碟簧的表面粗糙度用粗糙度比较样块检验。
5）防腐
碟簧表面防腐按选定防腐方法的相关规定检验。
6）疲劳试验
6．1单片碟簧
单片碟簧在疲劳试验机上用等幅正弦波负荷进行试验。试验可以单片进行，也可以由小于或等于10片的样本对合成一组进行。试验前必须加预压，其单片变形量f0=(0.15~0.2)H0。
7.碟形弹簧的设计
7.1标准碟簧的选择
碟形弹簧标准中(GB/T-附录），规定了D、d、t、h0和H的系列尺寸。按D/t和h0/t的不同，分为A、B、C三个系列(D/t≈18，28，40；h0/t≈0.4,0.75,1.3，以适应不同的结构尺寸、载荷大小和弹簧特性的要求。碟簧一般按载荷和变形的关系、载荷大小、结构尺寸等要求，来选择适用的标准尺寸、碟片数量或组合形式。对于承受静载荷的、符合标准规定的碟形弹簧，能满足在变形f=0.75h0时的强度要求，而不会产生塑性变形，因此不必进行强度验算。如果承受变载荷，则应核验疲劳强度。碟簧在选定尺寸和结构以后，应计算并绘制弹簧特性曲线。
7.2非标碟簧的设计
设计非标准碟形弹簧时，主要的已知条件应有：载荷的大小和性质，弹簧特性曲线的形式（即载荷与变形关系），空间结构尺寸的限制条件（D，d和空间高度H）。设计需求的有：碟形弹簧的主要尺寸参数（(ho,t，D和d），选定材料，确定组合形式和碟片数量，完成特性曲线及画出零件工作图。其设计步骤大致为：
1）按特性曲线的形式要求，参照图17-8选定比值ho/t，要求特性曲线近于直线时，可取ho/t≈0.5，要求具有弹簧刚度为零的变形区域时，可取ho/t≈2;；要求具有负刚度特性时，可取ho/t/2，但此时弹簧易于产生突然压平或截锥形倒翻过来情形，引起特性线的突然改变。为避免发生这种情况，应在结构上采取一些防护措施。
厚度t较大的碟形弹簧，当ho/t过大时，相应的变形f也可能比较大，而最大应力（I点的压应力）也将增高，如果发生不能满足强度要求时，可以按强度条件另选适当的内截锥高度hoo
2）根据空间结构限制，选定D或d，并确定比值，一般取C=2。碟形弹簧单位体积材料的变形能与直径比C有关，而在C≈1.77时为最大，因此用于缓冲、吸振和储能的碟形弹簧，可取C=1.7~＝1.7～2.5。如为控制装置等用的碟簧，弹簧特性有特殊要求时，则可在C=1.～3.5之间选取。C值大于3.5时，将使外径过大而可能超出空间尺寸对外径的限制；C值过小时，外径与内径接近，会给制造带来困难，因此通常C不小于1.25。
3）选择材料和确定许用应力。受静载荷作用的碟簧在压平时的应力σOM应接近弹簧材料的屈服极限σs。变载荷作用下的碟簧，一般选定尺寸后进行疲劳强度的核验计算，其许用应力幅应按最小应力σ和要求的使用寿命（循环次数N）来选取。
4）给定比值fmux/ho,并由应力计算公式求出满足强度要求的碟片厚度t。在计算时，各式中的值均以fmax/t=(fmax/h)(h/t)代入。求出厚度t以后，应按材料规格并考虑加工余量要求来适当调整。
5）由ho/t比值和t值求出内截锥高度hoo在变载荷下工作的碟簧还应在几何尺寸确定后，给定fmin/ho，计算Omin并由此查出疲劳强度的极限应力σmax和许用应力幅，核验其疲劳强度。
受变载荷作用的碟形弹簧，即使预加载荷较小（即初始变形较小）时，碟簧上表面的内圆周上I点也会出现疲劳裂纹。这是由于强压处理后在该点产生残余变形而存在剩余拉应力引起的。虽然这种裂纹不致因载荷增大和循环次数增加而发展到使碟簧破坏，但是也会影响到碟簧的载荷和变形的特性，因此仍应尽量避免。当fmin(0.15~0.2)ho，I点的剩余拉应力可以消除，所以为了保证特性的稳定，提高疲劳强度，一般承受变载荷的碟簧应取fmin/ho≥0.15～0.2。从减小碟簧的应力幅，提高疲劳强度考虑，则取fmin/ho=0.25~0.60.60更为有利。
6）按载荷与变形关系的要求，确定弹簧组合方式和片数，并作为特性曲线和计算弹簧变形能。
7）绘制碟簧的零件工作图，确定各项技术要求。
由于影响碟簧载荷和变形关系的因素很多，因此在设计中为满足使用要求，常需不断调整参数t、ho和C等，或改变组合形式和片数，并进行反复试算。
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