Аналіз втомного руйнування та запобігання хвильовій пружині

I.Introduction 

Незважаючи на те, що промисловість пружин є невеликою галуззю у всій промисловості машинобудування, її роль не можна недооцінювати. Зі збільшенням ступеня відкритості

З безперервним поглибленням промислової автоматизації в Китаї широко використовується імпортне промислове обладнання, наприклад машинобудівне, автомобільне, нафтохімічне та енергетичне. Відповідно, ми також дізналися про деякі нові типи компонентів із чудовою продуктивністю, а багатошарові хвильові пружини є відносно новим типом пружного елемента.

Звичайна одношарова хвильова пружина — це пружний елемент із кількома вершинами та западинами на металевому кільці. Багатошарова хвильова пружина, здається, складається з кількох звичайних одношарових хвильових пружин, але різниця полягає в тому, що вона не просто складена, а обробляється за допомогою спеціального безперервного процесу намотування.

II. Класифікація та принцип роботи

Хвильову пружину зазвичай поділяють на: а, одношарову хвильову пружину,

Одношарова хвилеподібна пружина закритого типу у формі «О», одношарова хвилеподібна пружина відкритого типу у формі «С»; b. Багатошарова пружина хвилі від пік до піку (серія); c.Багатошаровий піковий тип, також відомий як вкладений (паралельний) тип; Одношарова хвилеподібна пружина: підходить для робочих умов з коротким переміщенням і середньо-низькою еластичністю, з хорошою надійністю та високим принципом роботи: хвилеподібна пружина має точність подвійних принципів роботи циліндричної пружини та дискової пружини. Багатошарова хвилеподібна пружина типу від піку до піку (серія): значення еластичності обернено пропорційне кількості витків, що в основному використовується у вимогах до великого об’єму, середньої та низької еластичності, і є заміною циліндричної пружини. Вкладений (паралельний) тип: величина сили пружини пропорційна кількості обертів, що може підтримувати всі точні характеристики хвилеподібної пружини, створюючи при цьому величезну пружність. У багатьох випадках вкладену (паралельну) хвилеподібну пружину можна використовувати замість дискової пружини.

Вплив матеріалу і температури на втомне руйнування однаковий для одного і того ж матеріалу: матеріали з дрібнозернистою структурою мають вищу межу текучості і втомну стійкість, ніж матеріали з крупнозернистою структурою; обробка поверхневого зміцнення має набагато більший термін служби втоми, ніж обробка без зміцнення; чим менше шорсткість поверхні матеріалу, тим менше концентрація напружень і вище втомна міцність; матеріали з металургійними дефектами також значно зменшують втомний ресурс, що призводить до раннього втомного руйнування пружини. Хвильова пружина, виготовлена ​​зі звичайної пружинної сталі, має хорошу еластичність, електропровідність і зносостійкість. За нормальної температури (температура 200) втомна руйнування пружини знаходиться в межах норми.

Хвильова пружина, оброблена матеріалом з нержавіючої сталі, має високу стійкість до втоми та гарну стійкість до розслаблення, тоді як нержавіюча сталь також має високу корозійну стійкість, немагнітні та інші характеристики. Як правило, нержавіюча сталь виходить з ладу, коли температура перевищує 400, але спеціальна нержавіюча сталь має високу корозійну стійкість, немагнітна. та інші характеристики, і навіть коли робоча температура досягає 650, він все ще має високу стійкість до розслаблення та втоми, що робить його незамінним матеріалом у особливих робочих середовищах.

По-четверте, запобігання втомному руйнуванню хвильової пружини

Нижче наведені формули для розрахунку навантаження та напруги для хвильових пружин. Ми можемо використовувати ці формули для розробки напруги хвильових пружин, які будуть використовуватися в стані низького напруження, що робить втомне руйнування хвильової пружини. пружини менш ймовірні.

(1) Формула розрахунку для одношарової хвилеподібної пружини: f=PKDm/Ebt3N4*ID/OD

S=3IIPDm/4bt2N2;

(2) Формула розрахунку для багатошарової серії або хвилі від піку до піку пружини: f=PKDm3Z/Ebt3N4*ID/OD;

S=3IIPDm/4bt2N2

(3) Багатошаровий тип піку, також відомий як формула розрахунку пружини форми сигналу вкладеного або паралельного типу; F=PKDm3/Ebt3N4Z*IDOD;

S=3IIPDm/4bt2N2Z;

Де: f=переміщення; P=навантаження; K=коефіцієнт багатооборотності; Dm=середній діаметр; Z=кількість обертів; E=модуль пружності; b=ширина матеріалу;

t=товщина матеріалу; N=хвильове число; ID=внутрішній діаметр; OD = зовнішній діаметр; S=напруга згину; Випробовуючи хвильові пружини на втому, ми виявили, що термін служби хвильових пружин у втому значно перевищує 500 000 разів, зазвичай перевищує 1 мільйон разів. Зовнішній діаметр D = 137 мм, внутрішній діаметр d = 125 мм, товщина t = 0,8 мм, висота піку H = 6 мм і робоче зміщення 3,5 мм, значення робочої сили F = 1225 Н. Ця специфікація хвильової пружини була використана. на нафтохімічному підприємстві протягом більше трьох років, і термін служби пружини сягнув 1,8 мільйона разів, а деякі навіть мають вищий термін служби.

Тому, проектуючи хвильову пружину, ми повинні вибрати розумну висоту піку та товщину матеріалу на основі навантаження та переміщення, ефективно контролювати напругу хвильової пружини та використовувати регульовані хвильові числа, щоб ефективніше контролювати втомну поломку хвильової пружини.