Волновые пружины находят все большее применение при перемещении благодаря их способности обеспечивать характеристики усилия и прогиба, аналогичные характеристикам традиционных спиральных пружин, но со значительно уменьшенной рабочей высотой. Хотя волновые пружины могут использоваться в статических условиях, таких как предварительная нагрузка на подшипник или механическое уплотнение, во многих случаях требуется динамическое перемещение, например, для обеспечения работы клапана. Когда пружины подвергаются динамической нагрузке, постоянное переключение между различными рабочими высотами и усилиями может привести к усталостному ослаблению пружины и возможному разрушению материала.
Усталостная долговечность волновой пружины зависит от рабочих напряжений в пружине и от материала пружины.предел прочности. В динамических приложениях существует множество рабочих напряжений (по одному на каждой рабочей высоте), но в большинстве случаев достаточно использовать рабочие напряжения при минимальной и максимальной нагрузках. Эти рабочие напряжения используются для определения коэффициента усталостного напряжения волновой пружины.
X = коэффициент усталостного напряжения
σ = предел прочности материала при растяжении
S1 = расчетное рабочее напряжение при меньшей рабочей высоте (не должно превышать σ)
S2 = расчетное рабочее напряжение на верхней рабочей высоте
Затем коэффициент усталостного напряжения используется для определения расчетного срока службы пружины.
Самый простой способ увеличить коэффициент усталостного напряжения волновой пружины и, в свою очередь, ее расчетный срок службы — это использовать материал с более высоким пределом прочности при растяжении (σ). Пружины Wave предлагаются в широком ассортименте из стали, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов и бронзы, поэтому у дизайнеров часто есть выбор из нескольких материалов материалы это будет соответствовать требованиям к прочности при растяжении, предъявляемым к применению и выдерживает любые особые условия окружающей среды.
Например, нержавеющая сталь 17-7 (тип, обычно используемый для изготовления пружин wave) обладает как коррозионной стойкостью, так и большей усталостной прочностью, чем углеродистая сталь. А суперсплавы Elgiloy, состоящие из кобальта, хрома, никеля и молибдена, обладают отличной усталостной прочностью и могут выдерживать воздействие соленой воды и кислотных сред.
Геометрия пружины также влияет на усталость, определяя рабочее напряжение, которое испытывает пружина. Рабочее напряжение обратно пропорционально квадрату зависит как от толщины материала (t), так и от количества витков (N), поэтому увеличение любого из этих параметров приведет к значительному снижению рабочего напряжения. Однако волновая геометрия пружины также влияет на прогиб пружины и скорость пружинения, поэтому их необходимо принимать во внимание.
S = рабочее напряжение
P = нагрузка
Dm = средний диаметр
b = радиальная ширина материала
t = толщина материала
N = количество волн за оборот.
Еще один способ избежать усталости и увеличить срок службы в динамических условиях эксплуатации — использовать волновую пружину с чередованием. В этой конструкции две пружины одинаковой толщины, амплитуды и частоты чередуются таким образом, что витки каждой пружины совпадают. Это увеличивает толщину каждого витка волны, что обеспечивает более высокую несущую способность и лучшую устойчивость к усталости.
Важно отметить, что при динамическом применении производители волновых пружин обычно рекомендуют, чтобы рабочее напряжение не превышало 80 процентов от предела прочности материала при растяжении. Это делается для того, чтобы уменьшить вероятность ослабления пружины, или “затвердевания”. Затвердевание — это состояние, при котором напряжение пружины превышает предел ее упругости и она не возвращается к своей первоначальной длине. Хотя настройка обычно нежелательна, в некоторых случаях для увеличения видимого предела упругости пружины используется процесс, известный как “предварительная настройка”.
Предварительная настройка достигается путем изготовления пружины с большей свободной высотой и большей нагрузкой, чем требуется. Затем пружина сжимается до твердого состояния, то есть до точки соприкосновения различных волн. Это устраняет остаточную деформацию, которая могла бы возникнуть при превышении предела упругости, и создает благоприятные напряжения, которые приводят к очевидному увеличению предела упругости пружины, повышая ее несущую способность на заданной высоте.
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии