十字弹簧垫圈过应力分析及解决措施

惠珂　白铭涛　张波

摘 要：简要分析了旋转变压器内弹簧垫圈断裂的原因，并就弹簧垫圈过应力断裂采取了相应的纠正、预防措施。

关键词：旋转变压器；弹簧垫圈；扭曲断裂；过应力

中图分类号：TH136 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.085

1 问题概述

在使用某天线时，出现了扫描线跳动的情况，经过分析发现，天线传动装置内拨盘中的1个十字弹簧垫圈扭曲断裂造成了旋转变压器失效。

2 原因分析

弹簧垫片的安装形式为：两端分别卡在卡槽内，卡好后由旋转变压器安装面压紧。下面，简要分析了垫片的加工过程。

2.1 从使用情况上分析原材料

用T8A型钢材生产加工垫片，T8A型钢材属于弹簧钢，硬度为HRC38～42，经过淬火回火处理后，其硬度较高，耐磨性良好，主要用于弹簧垫片的生产制造。对加工弹簧垫片的T8A型钢材样品进行理化分析，其成分符合材料标准的要求。原材料的选型和材质都符合要求，原材料不存在缺陷。

2.2 从设计原理上分析

弹簧垫片的外形结构如图1所示。

此零件工作时，最恶劣情况是只有A，B，C，D中的2处工作，这时，分析任意一点的受力情况，得：

FR=M惯+M摩. （1）

在润滑良好的情况下，摩擦力矩M摩可以忽略，此时：

FR=M惯. （2）

M惯=Jε=1/2mr2ε. （3）

式（3）中：J为旋转变压器组件中转动部分的转动惯量；m为其质量（估算为50 g）；r为旋变的最大外形半径（估算为30 mm）；ε为旋转变压器从静止到平稳运转时的角加速度。

旋转变压器从静止到平稳运转时的角加速度为：

ε=ω/t起=[（π×n）/30]/t起=（π×n）/30t起. （4）

式（4）中：ω为旋变的角速度；n为转速，取最大值，n=20×18=360 r/min；t起为启动时间，估算t起=0.5 s。

将式（1）（2）（3）（4）联解得：F=0.17 N，则压应力为：

σ=F/S. （5）

代入具体数据得：σ=0.17/（0.2×10-3×1.2×10-3）=0.7×10-6 Pa=0.7 MPa。

考虑其他因素，取安全系数为10，则σ许=10σ=7 MPa。

零件材料的最小抗压强度σb=1 300 MPa，远大于零件工作时的应力σ许=7 MPa。由此可得，此零件正常工作时的强度足够，设计值满足使用要求。

2.3 工艺加工组装过程分析

弹簧垫圈零件经过备料、冲孔落料、保护退火、弯曲、淬火/回火和表面处理等工序。

2.3.1 分析各道工艺加工工序

冲孔落料、弯曲分别采用工装跳步模JG10-1093、弯模JG11-0495加工。零件依靠模具加工，与图纸完全符合，并且一致性好。

2.3.2 热处理符合工艺要求

热处理的相关工艺要求如表1所示。

表1 热处理时的工艺要求

热处理 加热温度/℃ 保温时间 HRC38～42

保护退火 780±10 1～1.5 h

淬火/回火 790±10/360±20 3～5 min/30～40 min

2.3.3 旋转变压器的组装

在组件筒装配过程中，润滑脂的牌号符合要求，并且弹簧垫圈与旋转变压器、筒必须完全啮合，推入并压紧到位后才能完成安装。整个过程是在操作人员目测下完成的，并且只有安装到位后才能保证轴运转灵活，而要想保证轴运转灵活，图纸和工艺文件中必须有明确注明。装配完成后，还要检测回差，旋转变压器在装配过程中符合工艺图纸的要求。

根据以上分析可知，各道工序加工完全符合图纸要求，并且一致性好，工艺参数成熟、规范，整个零件在加工装配工艺过程中不存在会造成弹簧垫圈失效的问题。

2.4 旋转变压器调整过程分析

将旋转变压器装入天线，在天线指标测试时，需调整旋转变压，使机械零位和电气零位保持一致。由于天线已合拢，无法在目视情况下进行，所以，在分析断裂垫圈时发现，弹簧垫圈两端簧片存在扭曲，确认是因为在调整旋转变压器时，弹簧垫圈的两端定位销松脱未放进卡槽内，扭曲挤压在安装平面上。转动旋转变压器时，垫圈两头定位销未放进卡槽内，由于安装面挤压比较紧，所以，利用摩擦力仍然可以转动旋转变压器，长时间工作后，便造成十字弹簧垫圈过应力。

3 纠正措施

弹簧垫片断裂的主要原因是在调整旋转变压器时，无法在目测情况下进行，弹簧垫圈定位销未卡进卡槽内，使得弹簧扭曲变形造成垫片断裂。针对这个情况，主要采取了以下2点纠正措施：①细化调整旋转变压器的方法，量化旋变调整时的范围，避免弹簧垫圈定位销松脱；②采用内窥镜的调试方式检查调整后的旋转变压器。

4 结论

综合分析原材料、设计原理、加工工艺和旋转变压器调试过程等多方面得出，此次十字弹簧垫圈过应力主要是因为在调整旋转变压器时，弹簧垫圈定位销松脱，未卡在卡槽内，使弹簧垫圈扭曲挤压在安装面上，造成弹簧垫圈过应力，进而造成弹簧垫圈断裂。

〔编辑：白洁〕