웨이브 스프링의 피로파괴 해석 및 예방

I.소개 

스프링 산업은 전체 기계 제조 산업에서 작은 산업이지만 그 역할은 과소평가될 수 없습니다. 개방성이 증가함에 따라 산업 자동화가 지속적으로 심화됨에 따라 기계 제조, 자동차, 석유화학 및 전력과 같은 수입 산업 장비가 중국에서 널리 적용되었습니다. 그에 따라 우리는 우수한 성능을 가진 몇 가지 새로운 유형의 부품에 대해서도 알게 되었으며 다층 웨이브 스프링은 비교적 새로운 유형입니다.

일반적인 단층 웨이브 스프링은 금속 링에 여러 개의 봉우리와 골이 있는 탄성 요소입니다. 다층 웨이브 스프링은 여러 개의 일반적인 단층 웨이브 스프링으로 구성된 것처럼 보이지만 단순히 겹쳐 쌓이는 것이 아니라 특별한 연속 권취 공정을 통해 가공된다는 점이 다릅니다.

II.분류 및 작동 원리

웨이브 스프링은 일반적으로 다음과 같이 나뉩니다. 스프링,

"O" 모양의 단층 폐쇄형 파형 스프링, "C" 모양의 단층 개방형 파형 스프링; b. 다층 피크 대 피크(직렬) 파형 스프링; c. 다층 스택 피크 유형, 중첩(병렬) 유형이라고도 함. 단층 파형 스프링: 짧은 변위 및 중간 저탄성 작업 조건에 적합하며 우수한 신뢰성과 높은 작동 원리: 파형 스프링은 원통형 스프링과 디스크 스프링의 이중 작동 원리의 정확성을 갖습니다. 다층 파형 스프링 피크-투-피크(시리즈) 유형: 탄성 값은 회전 수에 반비례하며, 이는 주로 큰 변위, 중간-낮은 탄성 요구 사항에 사용되며 원통형 스프링을 대체합니다. 중첩(평행) 유형: 스프링의 힘 값은 회전 수에 비례합니다. 이는 큰 탄성을 생성하면서 웨이브폼 스프링의 정밀한 특성을 모두 유지할 수 있습니다. 많은 경우 디스크 스프링 대신 내포된(평행) 웨이브폼 스프링을 사용할 수 있습니다.

피로 파괴에 대한 재료와 온도의 영향은 동일한 재료에 대해 동일합니다. 미세한 입자 구조를 가진 재료는 거친 입자 구조를 가진 재료보다 항복 강도와 피로 탄력성이 더 높습니다. 표면 강화 처리는 비강화 처리보다 피로 수명이 훨씬 더 깁니다. 재료의 표면 거칠기가 작을수록 응력 집중은 낮아지고 피로 강도는 높아집니다. 금속 결함이 있는 재료는 또한 피로 수명을 크게 감소시켜 스프링의 조기 피로 파손을 초래합니다. 일반 스프링 강으로 생산된 웨이브 스프링은 탄성, 전기 전도성 및 내마모성이 우수합니다. 정상 온도(온도 200)에서 스프링의 피로 파손은 정상 범위 내에 있습니다.그러나 온도가 상승함에 따라 스프링의 탄성은 점차 감소하고 파손 현상은 크게 증가합니다.

스테인리스 소재로 가공된 웨이브 스프링은 피로 수명이 길고 이완에 대한 저항성이 좋은 반면 스테인리스 스틸은 내식성, 비자성 및 기타 특성도 높습니다. 일반적으로 스테인레스 스틸은 온도가 400보다 높으면 파손되지만 특수 스테인레스 스틸은 내식성, 비자성 및 기타 특성이 높으며 작동 온도가 650에 도달하더라도 이완에 대한 저항력이 여전히 높습니다.

넷째, 웨이브 스프링의 피로 파괴 방지

다음은 웨이브 스프링의 하중 및 응력 계산식입니다. 이 공식을 사용하여 웨이브 스프링의 응력을 낮은 응력 상태에서 사용하도록 설계하여 웨이브 스프링의 피로 파괴 가능성을 줄일 수 있습니다.

(1) 단층 웨이브 스프링의 계산식: f=PKDm/Ebt3N4*ID/OD

S=3IIPDm/4bt2N2;

(2) 다층 계열 또는 피크-피크 파형 스프링에 대한 계산 공식: f=PKDm3Z/Ebt3N4*ID/OD;

S=3IIPDm/4bt2N2

(3) 다층 피크 유형, 중첩형 또는 병렬형 파형 스프링 계산 공식이라고도 알려져 있습니다. F=PKDm3/Ebt3N4Z*IDOD;

S=3IIPDm/4bt2N2Z;

여기서: f=변위; P=부하; K=다회전 계수; Dm=평균 직경; Z=회전수; E = 탄성 계수; b=재료의 너비;

t=재료의 두께; N=파수; ID=내경; OD=외경; S=굽힘 응력; 웨이브 스프링에 대한 피로 시험을 통해 웨이브 스프링의 피로 수명이 500,000회보다 훨씬 크다는 사실을 발견했으며 일반적으로 100만회를 초과합니다. 외경 D=137mm, 내경 d=125mm, 두께 t=0.8mm, 피크 높이 H=6mm, 작동 변위 3.5mm, 작동력 값 F=1225N. 이 웨이브 스프링 사양은 석유화학 기업에서 3년 이상 사용해 왔으며, 스프링의 수명은 180만 배에 이르렀고 일부는 더 높은 수명을 가지고 있습니다.

따라서 웨이브 스프링을 설계할 때 하중과 변위를 기준으로 합리적인 피크 높이와 재료 두께를 선택하고 웨이브 스프링의 응력을 효과적으로 제어하며 조정 가능한 웨이브 수를 사용하여 웨이브 스프링의 피로 파괴를 보다 효과적으로 제어해야 합니다.