疲労破壊解析とウェーブスプリングの防止

I.Introduction 

ばね業界は機械製造業界全体から見ると小規模な業界ではありますが、その役割は過小評価できません。

産業オートメーションの継続的な深化に伴い、機械製造、自動車、石油化学、電力などの輸入産業機器が中国で広く適用されています。これに応じて、優れた性能を備えたいくつかの新しいタイプのコンポーネントについても学びました。多層ウェーブスプリングは比較的新しいタイプの弾性要素です。

一般的な単層ウェーブスプリングは、金属リング上にいくつかの山と谷を設けた弾性要素です。多層ウェーブスプリングは、一般的な単層ウェーブスプリングを複数個組み合わせて構成されているように見えますが、異なるのは、単純に積層するのではなく、特殊な連続巻線プロセスを経て加工されることです。

II.分類と動作原理

ウェーブ スプリングは通常、次のように分類されます。 単層ウェーブ スプリング、

「O」の形の単層密閉型波形バネ、「C」の形状の単層開放型波形バネ。 b.多層ピークツーピーク（直列）波形スプリング。 c.多層スタックピークタイプ。ネスト（平行）タイプとも呼ばれます。単層波形ばね: 短い変位および中低弾性の使用条件に適しており、信頼性が高く、高い動作原理: 波形ばねは、円筒ばねと皿ばねの二重動作原理の精度を備えています。多層波形ばねピークツーピーク (直列) タイプ: 弾性値は巻数に反比例し、主に大変位、中低弾性の要件に使用され、円筒ばねの代替品です。入れ子 (並列) タイプ: ばねの力値は巻き数に比例するため、波形ばねの正確な特性をすべて維持しながら、大きな弾性を生み出すことができます。多くの場合、皿ばねの代わりに入れ子（平行）波形ばねを使用できます。

疲労破壊に対する材料と温度の影響は、同じ材料であれば同じです。つまり、細粒構造の材料は、粗粒構造の材料よりも降伏強度と疲労弾性が高くなります。表面強化処理は、非強化処理よりも疲労寿命がはるかに長くなります。材料の表面粗さが小さいほど応力集中が小さくなり、疲労強度が高くなります。冶金的欠陥のある材料も疲労寿命を大幅に短縮し、ばねの早期疲労破壊を引き起こします。通常のばね鋼で製造されたウェーブスプリングは、弾性、導電性、耐摩耗性に優れています。常温（温度200℃）下では、ばねの疲労破壊は正常範囲内です。ただし、温度が上昇するにつれて、ばねの弾性は徐々に低下し、破損現象が大幅に増加します。

ステンレス鋼材料で加工された波形ばねは、疲労寿命が長く、耐緩和性に優れています。また、ステンレス鋼は耐食性、非磁性などの特性も優れています。一般にステンレス鋼は温度が 400 を超えると破損しますが、特殊ステンレス鋼は耐食性、非磁性などの特性が高く、使用温度に達しても破壊されません。 650 の耐緩和性と耐疲労性を維持しており、特殊な作業環境ではかけがえのない材料です。

第 4 に、ウェーブ スプリングの疲労破壊の防止

以下にウェーブ スプリングの荷重と応力の計算式を示します。これらの式を使用して、ウェーブ スプリングの応力を低応力状態で使用できるように設計することができ、ウェーブ スプリングの疲労破壊が発生しにくくなります。

(1) 単層ウェーブ スプリングの計算式: f=PKDm/Ebt3N4*ID/OD

S=3IIPDm/4bt2N2;

(2) 多層シリーズまたはピークツーピーク波形スプリングの計算式: f=PKDm3Z/Ebt3N4*ID/OD;

S=3IIPDm/4bt2N2

(3) 多層ピーク タイプも入れ子型または並列型の波形バネ計算式として知られています。 F=PKDm3/Ebt3N4Z*IDOD;

S=3IIPDm/4bt2N2Z;

ここで: f=変位; P=負荷; K=マルチターン係数; Ｄｍ＝平均直径； Z = ターン数。 E=弾性率; b= 材料の幅;

t= 材料の厚さ。 N=波数; ID=内径; OD=外径; S = 曲げ応力;ウェーブ スプリングの疲労試験を通じて、ウェーブ スプリングの疲労寿命は 50 万回をはるかに超え、通常は 100 万回を超えることがわかりました。外径 D=137mm、内径 d=125mm、厚さ t=0.8mm、山高さ H=6mm、作動変位 3.5mm、作動力値 F=1225N。この仕様のウェーブ スプリングは石油化学企業で 3 年以上使用されており、寿命は長くなります。

したがって、ウェーブ スプリングを設計するときは、荷重と変位に基づいて適切な頂点の高さと材料の厚さを選択し、ウェーブ スプリングの応力を効果的に制御し、調整可能な波数を使用してウェーブ スプリングの疲労破壊をより効果的に制御する必要があります。