Phân tích lỗi mỏi và ngăn ngừa lò xo sóng

I.Giới thiệu 

Mặc dù ngành công nghiệp lò xo là một ngành nhỏ trong toàn bộ ngành sản xuất máy móc nhưng không thể đánh giá thấp vai trò của nó. Với mức độ mở ngày càng tăng

Với sự phát triển không ngừng của tự động hóa công nghiệp, các thiết bị công nghiệp nhập khẩu như sản xuất máy móc, ô tô, hóa dầu và năng lượng đã được áp dụng rộng rãi ở Trung Quốc. Tương ứng, chúng ta cũng đã tìm hiểu về một số loại linh kiện mới có tính năng vượt trội và lò xo sóng nhiều lớp là một loại phần tử đàn hồi tương đối mới.

Lò xo sóng một lớp phổ biến là một phần tử đàn hồi có một số đỉnh và rãnh trên một vòng kim loại. Lò xo sóng nhiều lớp dường như bao gồm một số lò xo sóng một lớp thông thường, nhưng điểm khác biệt là nó không chỉ được xếp chồng lên nhau mà được xử lý thông qua một quy trình cuộn dây liên tục đặc biệt.

II. Phân loại và nguyên lý làm việc

Lò xo sóng thường được chia thành: a, lò xo sóng một lớp,

Lò xo dạng sóng loại đóng một lớp có hình chữ “O”, lò xo dạng sóng loại mở một lớp có hình dạng “C”; b. Lò xo dạng sóng từ đỉnh đến đỉnh (loạt) nhiều lớp; c. Loại đỉnh xếp chồng nhiều lớp hay còn gọi là loại lồng nhau (song song); Lò xo dạng sóng một lớp: thích hợp với điều kiện làm việc có độ dịch chuyển ngắn và độ đàn hồi trung bình thấp, có độ tin cậy tốt và nguyên lý làm việc cao: lò xo dạng sóng có độ chính xác theo nguyên lý làm việc kép của lò xo trụ và lò xo đĩa. Loại lò xo dạng sóng nhiều lớp từ đỉnh đến đỉnh (chuỗi): giá trị đàn hồi tỷ lệ nghịch với số vòng, chủ yếu được sử dụng trong các yêu cầu độ dịch chuyển lớn, độ đàn hồi trung bình-thấp và thay thế cho lò xo hình trụ. Loại lồng nhau (song song): giá trị lực của lò xo tỷ lệ thuận với số vòng quay, có thể duy trì tất cả các đặc tính chính xác của lò xo dạng sóng đồng thời tạo ra độ đàn hồi rất lớn. Trong nhiều trường hợp, lò xo dạng sóng lồng nhau (song song) có thể được sử dụng thay cho lò xo đĩa.

Ảnh hưởng của vật liệu và nhiệt độ đến hiện tượng mỏi là như nhau đối với cùng một loại vật liệu: vật liệu có cấu trúc hạt mịn có giới hạn chảy và khả năng chống mỏi cao hơn vật liệu có cấu trúc hạt thô; xử lý tăng cường bề mặt có tuổi thọ mỏi cao hơn nhiều so với xử lý không tăng cường; độ nhám bề mặt của vật liệu càng nhỏ thì nồng độ ứng suất càng thấp và độ bền mỏi càng cao; vật liệu có khuyết tật luyện kim cũng sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ mỏi, dẫn đến lò xo bị mỏi sớm. Lò xo sóng được sản xuất bằng thép lò xo thông thường có độ đàn hồi, dẫn điện và chống mài mòn tốt. Ở nhiệt độ bình thường (nhiệt độ 200), độ mỏi của lò xo nằm trong phạm vi bình thường. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, độ đàn hồi của lò xo sẽ ​​giảm dần và hiện tượng hỏng hóc sẽ tăng lên đáng kể.

Lò xo sóng được xử lý bằng vật liệu thép không gỉ có tuổi thọ mỏi cao và khả năng chống giãn tốt, đồng thời thép không gỉ cũng có khả năng chống ăn mòn cao, không từ tính và các đặc tính khác. Nói chung, thép không gỉ sẽ bị hỏng khi nhiệt độ cao hơn 400, nhưng thép không gỉ đặc biệt có khả năng chống ăn mòn cao, không có từ tính và các đặc tính khác, ngay cả khi nhiệt độ làm việc lên tới 650, nó vẫn có khả năng chống thư giãn và mỏi cao, khiến nó trở thành vật liệu không thể thay thế trong môi trường làm việc đặc biệt.

Thứ tư, ngăn ngừa sự cố mỏi của lò xo sóng

Sau đây là các công thức tính tải trọng và ứng suất cho lò xo sóng. Chúng ta có thể sử dụng các công thức này để thiết kế ứng suất của lò xo sóng được sử dụng ở trạng thái ứng suất thấp, làm cho khả năng phá hủy mỏi của lò xo sóng ít xảy ra hơn.

(1) Công thức tính lò xo sóng một lớp: f=PKDm/Ebt3N4*ID/OD

S=3IIPDm/4bt2N2;

(2) Công thức tính toán cho lò xo dãy nhiều lớp hoặc lò xo dạng sóng đỉnh tới đỉnh: f=PKDm3Z/Ebt3N4*ID/OD;

S=3IIPDm/4bt2N2

(3) Loại đỉnh nhiều lớp, còn được gọi là công thức tính toán lò xo dạng sóng lồng nhau hoặc song song; F=PKDm3/Ebt3N4Z*IDOD;

S=3IIPDm/4bt2N2Z;

Trong đó: f=độ dịch chuyển; P=tải; K=hệ số nhiều vòng; Dm=đường kính trung bình; Z=số lượt; E=mô đun đàn hồi; b=chiều rộng của vật liệu;

t=độ dày của vật liệu; N=số sóng; ID=đường kính trong; OD=đường kính ngoài; S= ứng suất uốn; Qua thử nghiệm độ mỏi của lò xo sóng, chúng tôi nhận thấy tuổi thọ mỏi của lò xo sóng lớn hơn 500.000 lần, thông thường vượt quá 1 triệu lần. Đường kính ngoài D=137mm, đường kính trong d=125mm, độ dày t=0,8mm, chiều cao đỉnh H=6mm và độ dịch chuyển làm việc 3,5mm, giá trị lực làm việc F=1225N. Thông số kỹ thuật của lò xo sóng này đã được một doanh nghiệp hóa dầu sử dụng trong hơn ba năm và tuổi thọ của lò xo đã lên tới 1,8 triệu lần, thậm chí một số còn có tuổi thọ cao hơn.

Do đó, khi thiết kế lò xo sóng, chúng ta nên chọn chiều cao đỉnh và độ dày vật liệu hợp lý dựa trên tải trọng và chuyển vị, kiểm soát hiệu quả ứng suất của lò xo sóng và sử dụng số sóng có thể điều chỉnh để kiểm soát hiệu quả hơn hiện tượng mỏi của lò xo sóng.