600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Что ограничивает рабочую высоту волновой пружины и осевое усилие?

Преобразователи частоты

Волновые пружины являются основой множества зубчатых колес, приводов, муфт сцепления и узлов движения потребительского класса. Они являются несущими — включены в конструкции для устранения люфта или компенсации изменений размеров. Волновые пружины прикладывают нагрузку в осевом направлении — так задается рабочая высота (и другие параметры).

Все пружины предназначены либо для приложения нагрузки при растяжении, сжатии, либо при кручении. Пружины натяжения подходят для сборок, где приложения полагаются на растянутую пружину для приведения кинематической системы bac в определенное положение. Пружины сжатия подходят для узлов, в которых для повторного расширения требуется укороченная пружина. Торсионные пружины подходят для узлов, требующих приложения крутящего момента.

Волновые пружины компрессионного типа на сегодняшний день являются наиболее распространенными. Однооборотные волновые пружины могут иметь перекрывающиеся концы для экономии осевого пространства; вложенные волновые пружины обеспечивают более высокие осевые усилия; многооборотные волновые пружины на 50% короче спиральных пружин с сопоставимыми характеристиками. Более того, многооборотные волновые пружины предотвращают крутильные перемещения при сжатии, что является проблемой для спиральных пружин.

Материаловедение имеет большое значение для проектирования волнообразных пружин. Некоторые производители рекламируют высокую прочность и надежность своих пружин. Многие из этих характеристик определяются количественно с точки зрения прочности на растяжение, прочности на сдвиг, модуля упругости и многого другого. Материал, из которого изготовлена пружина, а также способ изготовления волновой пружины влияют на многие из этих значений. Показательный пример: некоторые пружины с намоткой по краям, изготовленные из плоской проволоки, могут превосходить пружины, штампованные из листового металла, поскольку их металлические кристаллизаторы имеют длинные оси, стремящиеся к ориентации, параллельной кривизне пружины.

Базовая формула помогает инженерам—проектировщикам определить волновые пружины и определить, может ли конструкция использовать стандартную пружину — или требуется специальная волновая пружина. Доминирующим параметром является нагрузка, которой приложение подвергает волновую пружину. Эта нагрузка представляет собой осевое усилие, которое пружина должна создавать на своей рабочей высоте внутри узла.

Для некоторых применений требуется несколько рабочих высот, поэтому критические нагрузки возникают при двух или более условиях волнообразной пружины. Часто для расчетов достаточно использовать минимальные и максимальные нагрузки, особенно в подвижных узлах, требующих компенсации накопления допусков.

Волновые пружины устанавливаются на валы или в участки узла, обработанные в качестве рабочих полостей (внутренних отверстий). Направляющие канавки или другая геометрия помогают волновой пружине оставаться на месте. Расстояние между поверхностями, вызывающими нагрузку, определяет осевую рабочую полость — и высоту рабочей пружины. Именно здесь поперечное сечение материала пружины влияет на общий дизайн.

Более конкретно, факторы, определяющие подходящую конструкцию волновой пружины, включают прикладную нагрузку; геометрию отверстия, вал, внутренний диаметр и наружный диаметр; рабочую высоту; и материал пружины, чтобы выдерживать факторы окружающей среды. Другие общие рекомендации заключаются в том, что количество витков волновой пружины должно составлять от двух до 20; выражайте количество волн на оборот с шагом в пол-оборота; минимальная радиальная стенка в три раза больше толщины проволоки; а максимальная радиальная стенка в 10 раз больше толщины проволоки.

Пересмотрите на мгновение рабочую высоту: Конструкции должны избегать ситуаций, при которых волновая пружина сжимается до твердого состояния. Это потому, что по мере того, как волновая пружина приближается к высоте, на которой она становится твердой (при соприкосновении различных витков или сплющивании волновых витков), нагрузки возрастают экспоненциально и даже становятся непредсказуемыми. Эти нагрузки, в свою очередь, могут побудить пружину напрячься или расслабиться. Величина релаксации зависит от нагрузки и других условий применения. В любом случае деформация материала ухудшит характеристики пружины.

Более конкретно, если пружина используется в статическом режиме, убедитесь, что процентное напряжение на рабочей высоте составляет менее 100%, поскольку пружины могут деформироваться или потерять длину при высоких нагрузках.

Если пружина используется в динамическом режиме, убедитесь, что процентное напряжение на рабочей высоте составляет менее 80%, потому что, опять же, пружины могут деформироваться при более высоком напряжении. Если рабочая высота на оборот меньше, чем в два раза толщины проволоки, пружина работает в нелинейном диапазоне, и фактические нагрузки могут превышать расчетные.

Большинство производителей тестируют стандартную волну только при нагрузках и рабочих высотах, указанных в литературе. Обычно они публикуют рабочие высоты, которые являются наименьшими рекомендуемыми для данной пружины, хотя возможны и другие высоты. Но обратитесь к производителю для анализа характеристик пружины на разных высотах. Производители иногда могут помочь производителям оборудования разработать волновые пружины для применений, которые не могут соответствовать обычным рекомендациям.

По словам Санджива Риверы из Lee Spring, в отрасли наметились некоторые шаги в направлении миниатюризации дизайна. Волновые пружины здесь превосходны благодаря тому, что они обеспечивают заданное усилие пружины при значительно уменьшенном пространстве. Таким образом, дизайнеры могут уменьшить размер и вес готовых узлов за счет использования волновых пружин.

Волновые пружины также выиграли от новой доступности сырья и конечных конфигураций. Инженеры-проектировщики должны учитывать эти конструкции везде, где применение ограничено весом или пространством. Мы часто советуем дизайнерам, чтобы волновые пружины в некотором смысле действовали как наборные волновые шайбы в последовательной конфигурации — но без каких-либо забот о поддержании выравнивания. Это потому, что конструкция волнообразной пружины поддерживает выравнивание сама по себе. Также существуют уникальные варианты волновых пружин, такие как вложенные и переплетенные волновые пружины, которые обеспечивают улучшенные характеристики усталости и грузоподъемности. Применение этих геометрических форм действительно зависит от конкретной сборки.