Ring spring
環(huán)形彈簧
緩沖吸震環(huán)形彈簧
環(huán)形彈簧介紹
一、范圍
本文件規(guī)定了環(huán)形彈簧的定義、分類、設(shè)計計算、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸與貯存。
本文件適用于外直徑 ?18mm ~ ?500mm的環(huán)形彈簧。
二、規(guī)范性引用文件
下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 230.1金屬洛氏試驗 第1部分：試驗方法
GB/T 1031表面粗糙度 參數(shù)及其數(shù)值
GB/T 1182形狀和位置公差 通則 定義、符號和圖樣表示法
GB/T 1184-1996形狀和位置公差 未注公差值
GB/T 1222彈簧鋼
GB/T 1800.1極限與配合 基礎(chǔ) 第1部分：詞匯
GB/T 1800.2極限與配合 基礎(chǔ) 第2部分：公差、偏差和配合的基本規(guī)定
GB/T 1800.3極限與配合 基礎(chǔ) 第3部分：標(biāo)準(zhǔn)公差和基本偏差數(shù)值表
GB/T 1800.4極限與配合 基礎(chǔ) 第4部分：標(biāo)準(zhǔn)公差等級和孔、軸的極限偏差表
GB/T 1804-2000一般公差 未注公差的線性和角度尺寸的公差
GB/T 1805 彈簧術(shù)語
GJB 2028磁粉檢驗
三、術(shù)語和定義
GB/T 1805界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1 內(nèi)環(huán) internal（inside）ring
兩端均帶有外工作錐面的內(nèi)圓環(huán)
3.2 外環(huán) external（outer）ring
兩端均帶有內(nèi)工作錐面的外圓環(huán)
3.3 端環(huán) end ring
處于環(huán)形彈簧兩端僅一端帶有外工作錐面的內(nèi)圓環(huán)。
四、參數(shù)名稱、符號和單位
表1的參數(shù)名稱、符號和單位適用于本文件，為便于使用，給出結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。
表1 參數(shù)名稱、符號和單位
序號 | 參數(shù)名稱 | 符號 | 單位 | 說明 |
1 | 彈簧內(nèi)徑 | D1 | mm | |
2 | 彈簧外徑 | D2 | mm | |
3 | 內(nèi)環(huán)外徑 | D1' | mm | |
4 | 外環(huán)內(nèi)徑 | D2' | mm | |
5 | 工作起始載荷 | P1 | N | |
6 | 工作結(jié)束載荷 | P2 | N | |
7 | 彈簧自由長度 | H0 | mm | |
8 | 工作起始高度 | H1 | mm | |
9 | 工作結(jié)束高度 | H2 | mm | |
10 | 圓環(huán)厚度 | h | mm | |
11 | 彈簧受載荷后間距 | S | mm | |
12 | 圓錐半角 | β | ° | |
13 | 內(nèi)環(huán)最小圓錐直徑 | d1 | mm | |
14 | 外環(huán)最大圓錐直徑 | d2 | mm | |
15 | 變形量 | f | mm | |
16 | 載荷 | F | N |
圖1 環(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)示意圖
五、技術(shù)要求
5.1 尺寸
5.1.1 環(huán)形彈簧的內(nèi)徑、外徑、自由高度和壓并高度應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣的規(guī)定。
5.1.2 環(huán)形彈簧的內(nèi)、外環(huán)尺寸公差與配合應(yīng)符合GB/T 1800.1~GB/T 1800.4的有關(guān)規(guī)定，未注公差尺寸的極限偏差應(yīng)符合GB/T 1804-2000中m級的規(guī)定。
5.1.3 環(huán)形彈簧的內(nèi)、外環(huán)形狀和位置公差應(yīng)符合GB/T 1182、GB/T1184~1996或產(chǎn)品圖樣的有關(guān)規(guī)定，未注形狀和位置公差應(yīng)符合GB/T 1184-1996中k級的規(guī)定。
5.1.4 環(huán)形彈簧的內(nèi)、外環(huán)徑向尺寸及公差應(yīng)符合表2的規(guī)定，內(nèi)、外環(huán)的形狀如圖2所示。
表2 徑向尺寸及偏差
外徑尺寸 | 內(nèi)環(huán) | 外環(huán) | ||
D1 | D1' | D2 | D2' | |
?18~ 500 | H9/H10 | h8/h9 | H8/H9 | h9/h10 |
表3 其他尺寸及偏差
直徑 | 項目 | |||
H0 | h | δ | β | |
?18~30 | -0.2 +0.2 | -0.1 +0.1 | -0.1 +0.1 | -0.1° ＋0.1° |
?30~50 | -0.3 +0.3 | -0.1 +0.1 | -0.1 +0.1 | -0.1° ＋0.1° |
?50~80 | -0.4 +0.4 | -0.2 +0.2 | -0.2 +0.2 | -0.1° ＋0.1° |
?80~120 | -0.6 +0.6 | -0.2 +0.2 | -0.2 +0.2 | -0.1° ＋0.1° |
?120~00 | -0.8 +0.8 | -0.2 +0.2 | -0.2 +0.2 | -0.1° ＋0.1° |
?200~300 | -1.2 +1.2 | -0.3 +0.3 | -0.3 +0.3 | -0.1° ＋0.1° |
?300~500 | -1.5 +1.5 | -0.3 +0.3 | -0.3 +0.3 | -0.1° ＋0.1° |
圖2 環(huán)形彈簧內(nèi)、外環(huán)形狀
5.2 材料
環(huán)形彈簧內(nèi)、外環(huán)選用的材料應(yīng)符合GB/T 1222及有關(guān)技術(shù)協(xié)議的規(guī)定，井應(yīng)附有質(zhì)量合格證明書，經(jīng)承制方復(fù)驗合格后方可投入使用。 材料表面光滑，無明顯拉痕、凹坑等缺陷。當(dāng)需選用其他材料時，由供需雙方商定。
5.3 工藝
大量生產(chǎn)的環(huán)形彈簧，其內(nèi)、外環(huán)的毛坯采用鍛造，再用專用套圈軋機(jī)軋制成品形狀和尺寸，經(jīng)檢驗合格后再進(jìn)行熱處理。
少量生產(chǎn)的環(huán)形彈簧，其毛坯采用自由鍛造經(jīng)機(jī)械加工得到成品形狀和尺寸，然后進(jìn)行熱處理。必要時，在熱處理后再磨削接觸表面。
環(huán)形彈簧的內(nèi)、外環(huán)表面粗糙度應(yīng)符合GB/T 1031或產(chǎn)品圖樣的有關(guān)規(guī)定，內(nèi)、外環(huán)圓錐表面的粗糙度一般為Ra0.4~Ra0.8。
由于圓環(huán)厚度較小，制造中應(yīng)特別注意不要使圓環(huán)產(chǎn)生扭曲。
5.4 外觀質(zhì)量
環(huán)形彈簧內(nèi)外環(huán)弧面、圓柱面、端面應(yīng)光滑，不應(yīng)有破損、扭曲、毛刺和斷裂等現(xiàn)象。
5.5 內(nèi)部質(zhì)量
環(huán)形彈簧的內(nèi)、外環(huán)不應(yīng)存在裂紋和氣孔等內(nèi)部缺陷。
5.6 設(shè)計與結(jié)構(gòu)
5.6.1 環(huán)形彈簧的設(shè)計應(yīng)考慮剛度、強(qiáng)度和運動穩(wěn)定性的要求，應(yīng)滿足被整個緩存系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性并適應(yīng)其工作環(huán)境。
5.6.2 環(huán)形彈簧的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足潤滑條件下，內(nèi)、外環(huán)不出現(xiàn)粘滯現(xiàn)象的基本要求。
5.6.3 環(huán)形彈簧以內(nèi)環(huán)導(dǎo)向桿導(dǎo)向，應(yīng)按單邊最大不超過D1 ×2%留置環(huán)形彈簧與導(dǎo)向桿之問的間隙；環(huán)形彈簧以外環(huán)導(dǎo)向管導(dǎo)向，應(yīng)按單邊最大不超過D2 ×2%留置環(huán)形彈簧與導(dǎo)向管之間的間隙。
5.6.4 環(huán)形彈簧在一個加載和卸載循環(huán)周期內(nèi)的典型設(shè)計特性曲線OABO應(yīng)如圖3所示。OA段表示加載時環(huán)形彈簧的壓縮量與載荷成正比；AB段表示卸載起始階段壓縮量應(yīng)基本不變且具有明顯的滯后特性；BO段表示當(dāng)載荷減小到一定程度時壓縮量開始減小并隨卸載過程減小到零，此時環(huán)形彈簧開始伸張并應(yīng)恢復(fù)到原始尺寸。
圖3 環(huán)形彈簧特性曲線
5.6.5 環(huán)形彈簧應(yīng)具有設(shè)計良好的減振性能，其變形并恢復(fù)后的能量總損失一般應(yīng)不低于50%。
5.6.6 內(nèi)、外環(huán)硬度
環(huán)形彈簧的內(nèi)、外環(huán)經(jīng)熱處理后，其表面硬度值一般應(yīng)為48HRC-54HRC。
5.6.7 表面處理
環(huán)形彈簧的內(nèi)、外環(huán)在機(jī)械加工后應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行防銹處理，如磷化、氧化。
5.6.8 強(qiáng)壓處理
環(huán)形彈簧應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)壓處理，除有特殊規(guī)定外，一般強(qiáng)壓處理時間不少于24h。
5.6.9 磨合處理
環(huán)形彈簧應(yīng)按產(chǎn)品圖樣規(guī)定進(jìn)行磨合處理，當(dāng)圖樣未規(guī)定磨合處理次數(shù)時，一般磨合處理次數(shù)應(yīng)不少于10次。
5.6.10 工作負(fù)荷
環(huán)形彈簧經(jīng)強(qiáng)壓、磨合處理后，工作負(fù)荷(P1或P2）值應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣或合同的規(guī)定。
5.6.11 貼合率
環(huán)形彈簧內(nèi)、外環(huán)對應(yīng)錐形接觸面的貼合率應(yīng)不低于75%。
5.6.12 壽命
環(huán)形彈簧壽命應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣和制造驗收技術(shù)條件的規(guī)定。
六、檢驗規(guī)則
6.1 檢驗條件
除另有規(guī)定外，應(yīng)在下列條件下進(jìn)行：
a）室內(nèi)檢驗：溫度5℃ ~ 35 ℃，相對濕度不大于80%；
b）室外檢驗：當(dāng)使用儀器檢查時應(yīng)符合儀器所允許的環(huán)境要求。
6.2 首件檢驗
6.2.1 環(huán)形彈簧首件的認(rèn)定檢驗項目應(yīng)按產(chǎn)品圖樣、合同及下表4的規(guī)定。
6.2.2 首件檢驗的受檢樣品應(yīng)不少于兩件。
6.2.3 首件檢驗的所有受檢樣品和全部項目均符合本規(guī)范規(guī)定的要求時，判首件檢驗合格；若首件檢驗的任一受檢樣品或任一檢驗項目不符合本規(guī)范規(guī)定的要求時，判首件檢驗不合格。
表4 檢驗項目表
序號 | 檢驗項目 | 要求 章條號 | 檢驗方法 章條號 | 首件檢驗 | 質(zhì)量一致性檢驗 | ||
A | B | C | |||||
1 | 尺寸 | 5.1 | 6.4.1 | ● | ● | - | - |
2 | 外觀質(zhì)量、表面處理 | 5.2、5.5.7 | 6.4.2 | ● | ● | - | - |
3 | 內(nèi)部質(zhì)量 | 5.3 | 6.4.3 | ● | ● | - | - |
4 | 內(nèi)、外環(huán)硬度 | 5.5.6 | 6.4.4 | ● | ● | - | - |
5 | 強(qiáng)壓處理 | 5.5.8 | 6.4.5 | ● | ● | - | - |
6 | 磨合處理 | 5.5.9 | 6.4.6 | ● | ● | - | - |
7 | 工作負(fù)荷 | 5.5.10 | 6.4.7 | ● | ● | - | - |
8 | 貼合率 | 5.5.11 | 6.4.8 | ● | - | ○ | - |
9 | 壽命 | 5.5.12 | 6.4.9 | ○ | - | - | ○ |
注：●必檢項目；○按產(chǎn)品圖樣或合同規(guī)定的檢驗項目；-不檢項目 | |||||||
6.3 質(zhì)量一致性檢驗
6.3.1 抽樣方案、組批規(guī)則
環(huán)形彈簧按批交驗時，每批應(yīng)由同一規(guī)格、同一牌號的鋼材、在同一工藝條件下制成的內(nèi)、外環(huán)組成。交驗批的批量按產(chǎn)品圖樣或合同規(guī)定。
A組檢驗項目采用全數(shù)檢驗方案，B組、C組檢驗項目按產(chǎn)品圖樣或合同規(guī)定的抽樣方案執(zhí)行。
6.3.2 合格判據(jù)
A組檢驗的所有項目均符合本規(guī)范規(guī)定的要求時，判A組檢驗合格；若A組檢驗的任一檢驗項目不符合本規(guī)范規(guī)定的要求時，判A組檢驗不合格。
被判為A組檢驗不合格的經(jīng)返修后可重新交驗，剔除不合格品。
若在進(jìn)行強(qiáng)壓處理檢驗時發(fā)生單環(huán)零件斷裂，其數(shù)量不超過單環(huán)零件交驗批的3％時，允許替換為經(jīng)過強(qiáng)壓處理的內(nèi)環(huán)或外環(huán)后，重新進(jìn)行強(qiáng)壓處理檢驗；若單環(huán)零件斷裂數(shù)量超過上述規(guī)定，則該批應(yīng)時間加倍重新進(jìn)行強(qiáng)壓處理檢驗。重新進(jìn)行強(qiáng)壓處理檢驗時，若仍有一件單環(huán)斷裂，則判該批A組檢驗不合格。
B組檢驗的樣品中若有一件不符合本規(guī)范規(guī)定的要求時，應(yīng)抽取雙倍的數(shù)量重新進(jìn)行檢驗， 若仍有一件不符合本規(guī)范規(guī)定的要求時，判該批B組檢驗不合格。
被判為B組檢驗不合格的批，可進(jìn)行全數(shù)檢驗，剔除不合格品。
C組檢驗的樣品中若有一件不符合本規(guī)范規(guī)定的要求時，應(yīng)抽取雙倍的數(shù)量重新進(jìn)行檢驗，若仍有一件不符合本規(guī)范規(guī)定的要求時，則判該批C組檢驗不合格。
6.4 檢驗方法
6.4.1 尺寸
用檢定合格的通用、專用量具進(jìn)行檢驗，檢驗內(nèi)徑或外徑的量具其最小分度值應(yīng)不低于0.05mm。
6.4.2 外觀質(zhì)量、表面處理
用目視和手感或參照標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法檢查外觀質(zhì)量和表面處理情況，當(dāng)有爭議時可用5倍放大鏡進(jìn)行檢查。
6.4.3 內(nèi)部質(zhì)量
報GJB 2028的規(guī)定進(jìn)行檢驗。
6.4.4 內(nèi)、外環(huán)硬度
按GB/T 230.1的規(guī)定進(jìn)行檢驗。
6.4.5 強(qiáng)壓處理
在壓力試驗機(jī)上對環(huán)形彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理，將其壓縮至各圈接觸而無顯著間隙，或壓縮至相應(yīng)產(chǎn)品的規(guī)定高度，或加載相應(yīng)產(chǎn)品規(guī)定的負(fù)荷，并保持相應(yīng)產(chǎn)品規(guī)定的作用時間，強(qiáng)壓處理后用目視法檢查外觀質(zhì)量。
6.4.6 磨合處理
磨合處理在強(qiáng)壓處理合格后進(jìn)行。
在磨合試驗機(jī)上使環(huán)形彈簧處于受壓狀態(tài)，并使其在H1至H2之間往返運行，往返次數(shù)按3.9.2的規(guī)定。整個過程不應(yīng)中斷，應(yīng)一次性連續(xù)完成。
6.4.7 工作負(fù)荷
工作負(fù)荷的測定應(yīng)在磨合處理合格后進(jìn)行。
在壓力試驗機(jī)上將環(huán)形彈簧壓縮至H1或H2，測定并記錄工作負(fù)荷P1或P2。
工作負(fù)荷不符合產(chǎn)品圖樣或合同的規(guī)定時，可使用調(diào)節(jié)墊片進(jìn)行調(diào)整，調(diào)節(jié)墊片的厚度和數(shù)最應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)要求的規(guī)定。
6.4.8 貼合率
用煤煙法進(jìn)行檢測。
6.4.9 壽命
進(jìn)行環(huán)形彈簧的疲勞試驗，其行程應(yīng)符合實際工作行程，往返頻率應(yīng)與工作頻率相同，運行次數(shù)應(yīng)不小于實際工作壽命次數(shù)的110%~130%。疲勞試驗后檢驗或檢查環(huán)形彈簧的工作負(fù)荷、內(nèi)部質(zhì)量和外觀質(zhì)量是否符合相應(yīng)產(chǎn)品圖樣和本規(guī)范的要求并記錄。
七、標(biāo)志、包裝、運輸與貯存
7.1 標(biāo)志
7.1.1 在環(huán)形彈簧的顯著位置，應(yīng)有字跡清晰的永久性標(biāo)志。
7.1.2 標(biāo)志應(yīng)包括下列內(nèi)容：
a) 產(chǎn)品型號；
b) 產(chǎn)品商標(biāo)；
c) 制造廠名或代號；
d) 制造日期（年、月）。
7.1.3 出廠檢驗合格的產(chǎn)品應(yīng)有合格證或合格標(biāo)識。
7.1.4 合格證內(nèi)容包括：（1）產(chǎn)品名稱、型號、規(guī)格；（2）產(chǎn)品編號；（3）制造廠名或代號；（4）制造年、月；（5）檢驗人員。
7.2 包裝
7.2.1 產(chǎn)品的包裝儲運標(biāo)志應(yīng)符合客戶要求。
7.2.2 包裝應(yīng)保證該不受擠壓變形。
7.2.3 包裝箱表面應(yīng)有產(chǎn)品名稱、數(shù)量和防護(hù)等標(biāo)識。
7.2.4 包裝箱應(yīng)注明堆放的方向和允許堆碼的層數(shù)。
7.2.5 包裝箱應(yīng)附帶產(chǎn)品合格證和產(chǎn)品說明書。
7.3 運輸與貯存
7.3.1 環(huán)形彈簧在運輸和貯存過程中，包裝箱應(yīng)直立，不可橫放，不應(yīng)有損壞包裝的現(xiàn)象。
7.3.2 環(huán)形彈簧在運輸和貯存過程中，應(yīng)避免磕碰，應(yīng)避免與酸、堿、鹽、油、水、灰和其他有機(jī)溶劑接觸，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源。
附 錄 A
（規(guī)范性附錄）
常用環(huán)形彈簧尺寸系列
A.1 常用環(huán)形彈簧尺寸系列見表A.1
表A.1
D2 | D1 | h | t | δ0 | β | F | Gea |
mm | mm | mm | mm | mm | ° | kN | kg |
18.1 | 14.4 | 3.6 | 4.4 | 0.8 | 13.1 | 5 | 0.002 |
25 | 20.8 | 5 | 6.2 | 1.2 | 13.5 | 9 | 0.004 |
32 | 27 | 6.4 | 8 | 1.6 | 13.4 | 14 | 0.007 |
38 | 31.7 | 6.4 | 9.4 | 1.8 | 13.4 | 20 | 0.012 |
42.2 | 34.6 | 8.4 | 10.4 | 2 | 13.2 | 26 | 0.018 |
48.2 | 39.4 | 9.6 | 11.8 | 2.2 | 13.4 | 34 | 0.026 |
55 | 46 | 11 | 13.6 | 2.6 | 13.2 | 40 | 0.035 |
63 | 51.9 | 12.6 | 15.4 | 2.8 | 13.3 | 54 | 0.056 |
70 | 58.2 | 14 | 17.2 | 3.2 | 13.2 | 65 | 0.074 |
80 | 67 | 16 | 19.6 | 3.6 | 13.5 | 83 | 0.105 |
90 | 75.5 | 18 | 22 | 4 | 13.3 | 100 | 0.145 |
100 | 84 | 20 | 24.4 | 4.4 | 13.5 | 125 | 0.203 |
130 | 111.5 | 24.8 | 30 | 5.2 | 13.4 | 160 | 0.376 |
124 | 102 | 24.8 | 30 | 5.2 | 13.3 | 200 | 0.408 |
140 | 116 | 28 | 34 | 6 | 13.3 | 250 | 0.568 |
300 | 250 | 60 | 77 | 11.6 | 13.2 | 1000 | 5.51 |
320 | 263 | 64 | 76.4 | 12.4 | 13.1 | 1200 | 7.06 |
350 | 288 | 70 | 83.2 | 13.2 | 13.2 | 1400 | 9.18 |
400 | 330 | 80 | 95.2 | 15.2 | 13.1 | 1800 | 13.56 |
a一對接觸面對應(yīng)的環(huán)形彈簧重量 | |||||||
附 錄 B
（資料性附錄）
環(huán)形彈簧的設(shè)計計算
B.1 環(huán)形彈簧設(shè)計參數(shù)選擇
（1） 圓錐面斜角 當(dāng)圓錐面斜角β選取較小時，彈簧剛度較小，若β <ρ，則卸載時將產(chǎn)生自鎖，即不能回彈，β角選取過大時，則彈性變形恢復(fù)時的載荷PR較大，使環(huán)形彈簧緩沖吸振的能力降低。設(shè)計時，可取β=12°~20°，圓錐面加工精度較高時，可取β=12°；加工精度一般時，常取β=14.04°；潤滑條件較差，摩擦因數(shù)較大時，β應(yīng)取得大一些，以免發(fā)生自鎖。
（2） 摩擦因數(shù)fμ和摩擦角ρ可按下列條件選定:
接觸面未經(jīng)精加工的重載工作條件 | ρ ≈9° | fμ ≈ 0.16 |
接觸面經(jīng)精加工的重載工作條件 | ρ ≈ 8.5° | fμ ≈ 0.15 |
接觸面經(jīng)精加工的重載工作條件 | ρ ≈ 7° | fμ ≈ 0.12 |
（3） 環(huán)形彈簧的許用應(yīng)力如表B.1。
表B.1環(huán)形彈簧常用材料的許用應(yīng)力 /MPa
加工與使用條件 | 外環(huán)許用應(yīng)力σ1p | 內(nèi)環(huán)許用應(yīng)力σ2p |
對于一般的壽命要求 | 900 | 1200 |
對于短的壽命要求（未經(jīng)精加工的表面） | 1000 | 1300 |
對于短的壽命要求（經(jīng)精加工的表面） | 1200 | 1500 |
B.2 環(huán)形彈簧設(shè)計公式
