Jak określić właściwą konfigurację stosu sprężyn talerzowych

Sprężyny talerzowe to precyzyjne elementy o stożkowym kształcie, przeznaczone do obciążenia osiowego. Sprężyny talerzowe mogą być obciążane statycznie w sposób ciągły lub przerywany albo poddawane dynamicznie ciągłym cyklom obciążenia. Cechą odróżniającą sprężyny talerzowe od innych rodzajów sprężyn jest to, że ugięcie talerza przy danym obciążeniu jest przewidywalne, co umożliwia obliczenie minimalnej trwałości cyklu. Ze względu na przewidywalność, wysoką niezawodność i niezrównaną trwałość zmęczeniową sprężyny talerzowe są preferowane w stosunku do wszystkich innych rodzajów sprężyn w krytycznych zastosowaniach, takich jak zawory bezpieczeństwa, mechanizmy sprzęgła i hamulca w windach i ciężkim sprzęcie oraz podpory w przemysłowych systemach rurowych. Sprężyny talerzowe mogą być stosowane pojedynczo lub montowane w stosach, aby uzyskać charakterystykę wymuszonego ugięcia wymaganą dla danego zastosowania. Niniejszy dokument zawiera szczegółowy opis różnych metod układania sprężyn talerzowych w stosy oraz sposobu określania odpowiedniej konfiguracji stosu dla konkretnego zastosowania.

Aby uzyskać optymalną wydajność sprężyny talerzowej, najlepiej jest utrzymać ugięcie robocze w zakresie od 15% do 75% pełnego ugięcia, ponieważ w tym zakresie zmierzone wyniki najdokładniej odpowiadają teoretycznym właściwościom sprężyny talerzowej. Jeśli pojedyncza sprężyna talerzowa nie jest w stanie zapewnić właściwości siły/ugięcia wymaganych w danej aplikacji, sprężyny talerzowe można układać w stosy szeregowe, równoległe lub kombinowane, aby spełnić wymagania (patrz: Metody układania w stosy i rysunek 1).

Konieczne jest uwzględnienie tarcia między sprężynami talerzowymi ułożonymi równolegle. Czynniki wpływające na tarcie obejmują liczbę talerzy ułożonych równolegle, wielkość ugięcia talerzy, smarowanie talerzy oraz wykończenie powierzchni talerzy i elementów prowadzących. Rozsądny margines wynosi 2–3% dla każdej powierzchni ślizgowej. Dodanie tarcia w talerzach ułożonych równolegle powoduje, że rzeczywista krzywa obciążenia/ugięcia różni się od krzywej teoretycznej. Rzeczywiste obciążenia są wyższe po przyłożeniu obciążenia i zmniejszają się po jego usunięciu. Ta histereza powoduje efekt tłumienia, który wzrasta wraz z grubością sprężyn talerzowych lub liczbą sprężyn ułożonych równolegle (rysunek 2).

Rysunek 3

Tarcie między powierzchniami ślizgowymi powinno być zminimalizowane, aby zmniejszyć odchylenie od teoretycznych przewidywań i ograniczyć gromadzenie się ciepła, które ma szkodliwy wpływ na żywotność dysków. Sprężyny talerzowe ułożone równolegle powinny być pokryte smarem stałym, takim jak dwusiarczek molibdenu, a ich liczba nie powinna przekraczać czterech. Tarcie będzie mniejsze w stosie ułożonym pionowo niż w stosie ułożonym poziomo. W zastosowaniach dynamicznych występuje okres „docierania”, w którym tarcie ulega zmniejszeniu, ponieważ wykończenie powierzchni ślizgowych i powierzchni styku ulega zużyciu i wygładzeniu w wyniku kontaktu między częściami.

Podczas układania sprężyn talerzowych w stos można uzyskać szeroki zakres charakterystyk siły/odkształcenia; stos można zaprojektować z określonymi krzywymi obciążenia, aby spełnić wymagania zastosowania, zarówno progresywne, jak i regresywne (rysunek 3).