Answer
Die klassische lineare Federrate ($k$) eines mehrgängigen Kamm-zu-Kamm Wellenfeder ergibt sich aus der modifizierten Timoschenko-Gleichung Wellenfeder:
$$k = \frac{E \cdot b \cdot t^3 \cdot N_w^4}{P_m^3 \cdot N} \times K_g$$
Wo:
- $E$ ist der Youngsche Elastizitätsmodul ($N/mm^2$)
- $b$ ist die radiale Wandstärke ($mm$)
- $t$ ist die Materialstärke ($mm$)
- $N_w$ ist die Anzahl der aktiven Wellen pro Runde
- $P_m$ ist der mittlere Federdurchmesser ($mm$), berechnet als $(D_{out} + D_{in}) / 2$
- $N$ ist die Anzahl der aktiven Runden
- $K_g$ ist ein Korrekturfaktor, der auf der Durchmesserausdehnung während der Durchbiegung basiert
Einschränkungen der linearen Gleichung:
1. Reibung und Hysterese: Der Kontakt zwischen Wellenkämmen während der axialen Auslenkung erzeugt Reibung, was zu einer Hysterese und einer Erhöhung der effektiven Federrate beim Be- und Entladen führt.
2. Durchbiegungsgrenzen: Die Formel ist nur bis etwa 80 % der gesamten verfügbaren Auslenkung streng linear. Ab 80 % beginnen die Wellen ihren Tiefpunkt zu erreichen oder bilden einen Linienkontakt, wodurch die Federsteifigkeit exponentiell zunimmt.
3. Shim endet: Wenn Unterlegscheibenenden (flache Enden) zur gleichmäßigen Lastverteilung vorgesehen sind, muss ihr Beitrag berücksichtigt werden, da sie die strukturelle Steifigkeit erhöhen und die gesamten effektiven aktiven Windungen verringern.
