Анализ усталостных отказов и предотвращение волновой пружины

I.Введение 

Хотя пружинная промышленность является небольшой отраслью во всей машиностроительной отрасли, ее роль нельзя недооценивать. С ростом степени открытости

По мере постоянного углубления промышленной автоматизации в Китае широко применяется импортное промышленное оборудование, такое как машиностроение, автомобилестроение, нефтехимия и энергетика. Соответственно, мы также узнали о некоторых новых типах компонентов с превосходными характеристиками, а многослойные волновые пружины являются относительно новым типом упругих материалов. элемент.

Обычная однослойная волновая пружина представляет собой упругий элемент с несколькими вершинами и впадинами на металлическом кольце. Многослойная волновая пружина выглядит состоящей из нескольких обычных однослойных волновых пружин, но разница в том, что она не просто сложена, а обрабатывается посредством специального процесса непрерывной намотки.

II.Классификация и принцип работы

Волновая пружина обычно делится на: однослойную волновую пружину,

однослойную волновая пружина закрытого типа в форме «О», однослойная волновая пружина открытого типа в форме «С»; b.Многослойная пружина формы сигнала от пика до пика (последовательная); c. Многослойный сложенный пиковый тип, также известный как вложенный (параллельный) тип; Однослойная волновая пружина: подходит для рабочих условий с коротким смещением и средней-низкой эластичностью, с хорошей надежностью и высоким принципом работы: волновая пружина имеет точность двойного принципа работы цилиндрической пружины и дисковой пружины. Многослойная волновая пружина пик-пика (серийный) тип: значение упругости обратно пропорционально количеству витков, которое в основном используется при большом смещении, требованиях средней-низкой упругости и является заменой цилиндрической пружины. Вложенный (параллельный) тип: значение силы пружины пропорционально количеству витков, что позволяет сохранять все точные характеристики волнистой пружины, обеспечивая при этом огромную эластичность. Во многих случаях вместо тарельчатой пружины можно использовать вложенную (параллельную) волнистую пружину.

Влияние материала и температуры на усталостное разрушение одинаково для одного и того же материала: материалы с мелкозернистой структурой имеют более высокий предел текучести и усталостную устойчивость, чем материалы с крупнозернистой структурой; Упрочняющая поверхность обработка имеет гораздо более высокий усталостный ресурс, чем неупрочняющая обработка; чем меньше шероховатость поверхности материала, тем ниже концентрация напряжений и выше усталостная прочность; материалы с металлургическими дефектами также значительно уменьшают усталостную долговечность, что приводит к раннему усталостному разрушению пружины. Волновая пружина, изготовленная из обычной пружинной стали, обладает хорошей эластичностью, электропроводностью и износостойкостью. При нормальной температуре (температура 200) усталостное разрушение пружины находится в пределах нормы.Однако по мере повышения температуры эластичность пружины будет постепенно уменьшаться, и явление разрушения значительно увеличится.

Обработанная волновая пружина из нержавеющей стали имеет высокую усталостную долговечность и хорошую устойчивость к релаксации, в то время как нержавеющая сталь также обладает высокой коррозионной стойкостью, немагнитными и другими характеристиками. Как правило, нержавеющая сталь выходит из строя при температуре выше 400, но специальная нержавеющая сталь обладает высокой коррозионной стойкостью, немагнитными и другими характеристиками, и даже когда рабочая температура достигает 650, она все еще имеет высокую устойчивость к релаксации и усталость, что делает его незаменимым материалом в особых рабочих условиях.

В-четвертых, предотвращение усталостного разрушения волновой пружины.

Ниже приведены формулы расчета нагрузки и напряжения для волновых пружин. Мы можем использовать эти формулы для расчета напряжения волновых пружин, которые будут использоваться в состоянии низкого напряжения, что снижает вероятность усталостного разрушения волновых пружин.

(1) Формула расчета для однослойной волновой пружины: f=PKDm/Ebt3N4*ID/OD

S=3IIPDm/4bt2N2;

(2) Формула расчета для многослойных серий или пружин с размахом сигнала: f=PKDm3Z/Ebt3N4*ID/OD;

S=3IIPDm/4bt2N2

(3) Тип многослойного пика, также известная как формула расчета пружины вложенного или параллельного типа; F=PKDm3/Ebt3N4Z*IDOD;

S=3IIPDm/4bt2N2Z;

Где: f=смещение; Р = нагрузка; К=коэффициент многооборотности; Dm=средний диаметр; Z = количество витков; E = модуль упругости; b=ширина материала;

t=толщина материала;

t=толщина материала; N = волновое число; ID=внутренний диаметр; НД = внешний диаметр; S = напряжение изгиба; В ходе усталостных испытаний волновых пружин мы обнаружили, что усталостная долговечность волновых пружин намного превышает 500 000 раз, обычно превышает 1 миллион раз. Внешний диаметр D = 137 мм, внутренний диаметр d = 125 мм, толщина t = 0,8 мм, высота пика H = 6 мм и рабочее смещение 3,5 мм, значение рабочей силы F = 1225 Н. Эта спецификация волновой пружины используется нефтехимическим предприятием более трех лет. срок службы пружины достиг 1,8 миллиона раз, а некоторые даже имеют более высокий срок службы.

Поэтому при проектировании волновой пружины мы должны выбрать разумную высоту пика и толщину материала с учетом нагрузки и смещения, эффективно контролировать напряжение волновой пружины и использовать регулируемые волновые числа для более эффективного контроля усталостного разрушения волновой пружины.