การวิเคราะห์ความล้มเหลวของความล้าและการป้องกันเวฟสปริง

I.บทนำ

แม้ว่าอุตสาหกรรมสปริงจะเป็นอุตสาหกรรมขนาดเล็กในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องจักรทั้งหมด แต่ก็ไม่อาจมองข้ามบทบาทของอุตสาหกรรมได้ต่ำไป ด้วยระดับการเปิดกว้างที่เพิ่มขึ้น

ด้วยระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมที่เจาะลึกอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์อุตสาหกรรมนำเข้า เช่น การผลิตเครื่องจักร ยานยนต์ ปิโตรเคมี และพลังงาน ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศจีน ในทำนองเดียวกัน เรายังได้เรียนรู้เกี่ยวกับส่วนประกอบประเภทใหม่บางประเภทที่มีประสิทธิภาพที่เหนือกว่า และสปริงคลื่นแบบหลายชั้นก็เป็นยางยืดชนิดที่ค่อนข้างใหม่ องค์ประกอบ

สปริงคลื่นชั้นเดียวทั่วไปเป็นองค์ประกอบยืดหยุ่นที่มียอดเขาและหุบเขาหลายจุดบนวงแหวนโลหะ สปริงคลื่นหลายชั้นดูเหมือนจะประกอบด้วยสปริงคลื่นชั้นเดียวทั่วไปหลายตัว แต่ความแตกต่างก็คือว่าไม่ได้ซ้อนกันเพียงอย่างเดียว แต่ถูกประมวลผลผ่านกระบวนการม้วนอย่างต่อเนื่องพิเศษพิเศษ

II. การจำแนกประเภทและหลักการทำงาน

สปริงคลื่นมักจะแบ่งออกเป็น: สปริงคลื่นชั้นเดียว

ชนิดปิดชั้นเดียว สปริงรูปคลื่นในรูปของ "O" สปริงรูปคลื่นชนิดเปิดชั้นเดียวในรูปของ "C"; b. สปริงรูปคลื่นจากยอดถึงยอด (ชุด) หลายชั้น; c.Multi-layer stacked Peak Type หรือที่เรียกว่าประเภทซ้อน (ขนาน) สปริงรูปคลื่นชั้นเดียว: เหมาะสำหรับการกระจัดระยะสั้นและสภาพการทำงานที่มีความยืดหยุ่นต่ำปานกลางพร้อมความน่าเชื่อถือที่ดีและหลักการทำงานสูง: สปริงรูปคลื่นมีความแม่นยำของหลักการทำงานแบบคู่ของสปริงทรงกระบอกและสปริงดิสก์ สปริงรูปคลื่นหลายชั้นประเภทจากยอดถึงจุดสูงสุด (ซีรีส์): ค่าความยืดหยุ่นจะแปรผกผันกับจำนวนรอบซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ในการกระจัดขนาดใหญ่ความต้องการความยืดหยุ่นต่ำปานกลางและใช้แทนสปริงทรงกระบอกซ้อนกัน (ขนาน) ประเภท: ค่าแรงของสปริงเป็นสัดส่วนกับจำนวนรอบ ซึ่งสามารถรักษาคุณลักษณะที่แม่นยำทั้งหมดของสปริงรูปคลื่นในขณะที่สร้างความยืดหยุ่นได้มาก ในหลายกรณี สามารถใช้สปริงรูปคลื่นแบบซ้อน (ขนาน) แทนสปริงจานได้

อิทธิพลของวัสดุและอุณหภูมิต่อความล้มเหลวจากความเมื่อยล้าจะเหมือนกันสำหรับวัสดุชนิดเดียวกัน: วัสดุที่มีโครงสร้างเม็ดละเอียดมีความแข็งแรงของผลผลิตและความยืดหยุ่นเมื่อยล้าสูงกว่าวัสดุที่มีโครงสร้างเม็ดหยาบ การรักษาเสริมความแข็งแรงของพื้นผิวมีอายุความเมื่อยล้าสูงกว่าการรักษาที่ไม่เสริมความแข็งแรงมาก ยิ่งความหยาบผิวของวัสดุมีขนาดเล็กลง ความเข้มข้นของความเค้นก็จะน้อยลง และค่าความล้าก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น วัสดุที่มีข้อบกพร่องทางโลหะจะช่วยลดอายุการใช้งานของความเมื่อยล้าได้อย่างมาก ส่งผลให้สปริงชำรุดเมื่อยล้าเร็ว สปริงคลื่นที่ผลิตด้วยเหล็กสปริงธรรมดามีความยืดหยุ่น การนำไฟฟ้า และความต้านทานการสึกหรอได้ดี ภายใต้อุณหภูมิปกติ (อุณหภูมิ 200) ความล้มเหลวของสปริงที่ล้าจะอยู่ในช่วงปกติอย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความยืดหยุ่นของสปริงจะค่อยๆ ลดลง และปรากฏการณ์ความล้มเหลวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

สปริงคลื่นที่แปรรูปด้วยวัสดุสแตนเลสมีชีวิตความล้าสูงและทนต่อการผ่อนคลายได้ดี ในขณะที่สแตนเลสยังมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง ไม่เป็นแม่เหล็ก และคุณสมบัติอื่น ๆ โดยทั่วไปแล้ว สแตนเลสจะล้มเหลวเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 400 แต่สแตนเลสแบบพิเศษมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง ไม่เป็นแม่เหล็กและลักษณะอื่น ๆ และแม้ว่าอุณหภูมิในการทำงานสูงถึง 650 ก็ยังคงมีอุณหภูมิสูง ความต้านทานต่อการผ่อนคลายและความเหนื่อยล้า ทำให้เป็นวัสดุที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในสภาพแวดล้อมการทำงานพิเศษ

ประการที่สี่ การป้องกันความล้มเหลวจากความล้าของสปริงคลื่น

ต่อไปนี้เป็นสูตรการคำนวณโหลดและความเค้นสำหรับสปริงคลื่น เราสามารถใช้สูตรเหล่านี้เพื่อออกแบบความเค้นของสปริงคลื่นเพื่อใช้ในสภาวะความเค้นต่ำ ซึ่งจะทำให้ความล้มเหลวจากความล้าของสปริงคลื่นมีโอกาสน้อยลง

(1) สูตรการคำนวณสำหรับสปริงคลื่นชั้นเดียว: f=PKDm/Ebt3N4*ID/OD

S=3IIPDm/4bt2N2;

(2) สูตรการคำนวณสำหรับซีรีย์หลายชั้นหรือสปริงรูปคลื่นแบบพีคถึงพีค: f=PKDm3Z/Ebt3N4*ID/OD;

S=3IIPDm/4bt2N2

(3) ประเภทพีคแบบหลายชั้นหรือที่เรียกว่าแบบซ้อนหรือ สูตรการคำนวณสปริงรูปคลื่นแบบขนาน F=PKDm3/Ebt3N4Z*IDOD;

S=3IIPDm/4bt2N2Z;

โดยที่: f=การกระจัด; P=โหลด; K=สัมประสิทธิ์หลายเทิร์น; Dm=เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย; Z=จำนวนรอบ; E=โมดูลัสยืดหยุ่น; b=ความกว้างของวัสดุ

t=ความหนาของวัสดุ; N=หมายเลขคลื่น; ID=เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน; OD=เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก; S=ความเค้นดัด; จากการทดสอบความล้าของสปริงคลื่น เราพบว่าอายุความล้าของสปริงคลื่นนั้นมากกว่า 500,000 เท่า ซึ่งปกติเกิน 1 ล้านครั้ง เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก D = 137 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน d = 125 มม. ความหนา t = 0.8 มม. ความสูงสูงสุด H = 6 มม. และการเคลื่อนที่ 3.5 มม. ค่ากำลังงาน F = 1225N ข้อกำหนดของสปริงคลื่นนี้ถูกใช้โดยองค์กรปิโตรเคมีมานานกว่าสามครั้ง ปี และอายุการใช้งานของสปริงสูงถึง 1.8 ล้านครั้ง และบางตัวก็มีอายุที่สูงกว่าด้วยซ้ำ

ดังนั้น เมื่อออกแบบสปริงคลื่น เราควรเลือกความสูงสูงสุดที่เหมาะสมและความหนาของวัสดุโดยพิจารณาจากน้ำหนักและการกระจัด ควบคุมความเค้นของสปริงคลื่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ และใช้ตัวเลขคลื่นที่ปรับได้เพื่อควบคุมความล้มเหลวจากความเมื่อยล้าของสปริงคลื่นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น