编者：安帛技术部 www.arbort.com   2012-1-9         

一、引言

弹簧行业在整个机械制造业当中虽然是一个小行业，但其所起到的作用是绝对不可低估的。随着开放程度的不断深入，在引进 国外先进机械制造业、汽车、石化及电力等工业装备的同时，也引进了一些具有优越性能的新型零部件，多层波形弹簧就属于一种较新的弹性元件。

波形弹簧简称波簧，是由若干波峰波谷构成的薄片环状弹性金属元件，广泛应用于机械制造业、石油和化学工程、液压设备，汽车和机车制造业、航空工业、制冷工程等行业，如：电机、压缩机主机、流体阀、水阀、气阀、汽车离合器、制动器、电器连接头、轴承预压装置和补偿装置及轴密封、机械密封件等。

普通的单层波形弹簧是一个金属圆环上具有若干个峰谷的弹性元件，以前国内一般是冲压制作，而多层波形弹簧看上去就是由若干个普通的单层波形弹簧组合而成的，区别在于它不是简单叠加的，而是通过一种特殊的连续绕制工艺加工而成 ，绕制形式与圆柱螺旋弹簧相似。

二、分类与工作原理

波形弹簧通常分为：

a、单层波形弹簧、

单层封闭型呈“O”形状波形弹簧（冲压）；

单层搭接型，呈“O”形状波形弹簧 （绕制）；

单层开口型呈“C”形状波形弹簧；

b、多层峰对峰式（串联式）波形弹簧；

c、多层叠峰式也称嵌套式（并联式）；

单层波形弹簧：适用于短位移和中低弹力的工作条件、具有很好的可靠性和较高工作原理：波形弹簧具有圆柱弹簧和碟形弹簧的双重工作原理的精确度。

多层波形弹簧对峰式（串联式）：弹簧常数（N/mm）与材料厚度、宽度成正比，与波形弹簧圈数成反比，其主要应用于：大位移、中低弹力要求，是圆柱弹簧的替代品。嵌套式（并联式）： 弹簧常数（N/mm）与材料厚度、、宽度及并联层数成正比，与波形弹簧圈数成反比 ，在产生巨大弹力的同时，还可以保持较好的精确特性，有些场合中嵌套式（并联式）波形弹簧与碟形弹簧 具有同等效果。

三、材料、温度对疲劳失效影响

就同一种材料而言：细晶粒组织的材料比粗晶粒组织的材料具有更高的屈服强度和疲劳弹度；表面强化处理的比未经过强化处理的疲劳寿命要高得多；材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度愈高；有冶金缺陷的材料疲劳寿命也就会大大降低，使弹簧提前产生疲劳失效。

用普通弹簧钢生产的波形弹簧具有弹性好，导电性、耐磨性强，正常温度下（温度<200℃时）弹簧疲劳失效处于正常范围以内。但弹簧随着温度的增加，弹性会逐渐减小，失效现象将会明显增加。

不锈钢材料加工的波形弹簧具有较高的疲劳寿命和良好的抗松弛性，同时不锈钢还有着极高的耐腐蚀性， 有些不锈钢有无磁性等特性。一般不锈钢温度大于300℃时 疲劳寿命时显缩短，特殊不锈钢有极高的耐腐蚀性、无磁性等特性，例如高温合金inconel 718, inconel X-750，不但具有良好的耐腐蚀性能，而且在工作温度高达650℃时 仍然具有较高的抗松弛性能和较高的劳寿命，是特殊工作场合下理想的弹簧材料。

四、波形弹簧疲劳失效的预防

下面是波形弹簧负荷、应力计算公式，我们可以通过公式计算，使波形弹簧在应力处于较低状态下工作， 可明显提高波形弹簧疲劳寿命，降低波形弹簧疲劳失效风险。

（1） 单层波形弹簧计算公式：

              f=PKD_m/Ebt³N4_*ID/OD;       S=3IIPD_m/4bt²N² 

（2） 多层串联式或称峰对峰式波形弹簧计算公式；

              f=PKD_m³Z/Ebt³N⁴_*ID/OD ;     S=3IIPD_m/4bt²N²  

（3）多层叠峰式也称嵌套式或称并联式波形弹簧计算公式；

              f=PKD_m³/Ebt³N⁴Z_*IDOD  ;     S=3IIPD_m/4bt²N²Z 

式中：   f=位移；      P=负荷；       K=多圈系数；     D_m=平均直径；

Z=圈数；     E=弹性模量；   b=材料宽度；     t=材料厚度；

N=波数；     ID=内圆直径；  OD=外圆直径；    S=弯曲应力；

通过选择适当的材料，加工工艺，合理的使用，波形弹簧往复压缩的疲劳寿命可达100万次以上。我公司生产的外径D=137mm、内径d=125mm、厚度t=0.8mm、波峰高度H=6mm、当工作位移3.5mm时、工作力值F=1225N该规格波形弹簧经过某石化企业三年多的使用，该弹簧寿命达了180万次，有的寿命甚至更高。

故我们在设计波形弹簧时应根据负荷、位移选择合理的波峰高度和材料厚度， 根据工作环境选择适当的弹簧材料，有效控制波形弹簧的应力，利用可调整的波数更加有效控制波形弹簧疲劳失效。