Sprievodca výberom podložky Belleville: Dimenzovanie, séria a stohovanie

Pochopenie systému série DIN EN 16983

Podložky Belleville nie sú univerzálnym produktom. Pôvodná norma DIN 2093, ktorá je teraz začlenená do normy DIN EN 16983, kategorizuje podložky do troch rôznych sérií na základe ich rozmerových pomerov. Sériové písmeno vám priamo hovorí o profile tuhosti podložky. Použitie podložky série A v citlivej hliníkovej prírube spôsobí usadenie a deformáciu, zatiaľ čo podložka série C nemusí poskytnúť dostatočné zvyškové zaťaženie svorky, aby sa zabránilo samovoľnému uvoľneniu vo vibračnom prostredí.

Séria B slúži ako ťažný kôň pre väčšinu skrutkových spojov vyžadujúcich odolnosť voči vibráciám. Keď sploštíte podložku série B na 75 % jej celkovej dostupnej deformácie, zvýšenie záťaže je stabilné a predvídateľné. Podložky série C sú jedinečne vhodné do dynamických tepelných prostredí, pretože dokážu absorbovať značné axiálne roztiahnutie zo skrutky bez znásobenia sily svorky dostatočne na zacvaknutie spojovacieho prvku.

Výpočet správnej veľkosti pre skrutku

Fyzická geometria podložky musí zodpovedať drieku skrutky a protiľahlej ploche. To zahŕňa trojrozmerné kontroly. Po prvé, vnútorný priemer podložky musí prechádzať hlavným priemerom skrutkového závitu s minimálnou medzerou; nedbalé uloženie tu spôsobuje excentrické zaťaženie. Po druhé, vonkajší priemer podložky určuje namáhanie ložiska na upnutý materiál. Ak je povrch pod podložkou mäkký, prekročenie medze klzu v tlaku vedie k uvoľneniu uloženia. Po tretie, hrúbka podložky a výška kužeľa v nezaťaženom stave určujú, do akej miery ju môžete stlačiť, kým sa nespevní. Nemôžete dovoliť, aby práčka Belleville dosiahla svoju rovnú polohu pri bežnom prevádzkovom zaťažení; musíte ponechať bezpečnostnú rezervu minimálne 10-15% z celkovej dráhy vychýlenia aby sa zabránilo pevnému kontaktu.

Zhoda ID podložky s veľkosťou skrutky

Štandardné veľkosti metrík sú zoskupené. Podložka navrhnutá pre skrutku M8 má zvyčajne vnútorný priemer približne 8,4 mm. Avšak pre konštrukčné aplikácie využívajúce valcované závity môže byť skutočný priemer tela skrutky mierne pod nominálnym. Ako základ skontrolujte nasledujúce párovania:

• Skrutka M6 vyžaduje ID podložky ~ 6,4 mm, vonkajší priemer zvyčajne 12,5 mm alebo 14 mm.
• Skrutka M12 vyžaduje ID podložky ~13 mm, vonkajší priemer zvyčajne 23 mm alebo 28 mm.
• Skrutka M20 vyžaduje ID podložky ~ 21 mm, vonkajší priemer zvyčajne 36 mm alebo 40 mm.

Výber nadmernej OD rozloží reakčnú silu na väčšiu plochu, čím sa zníži povrchový tlak. Toto je kritické pri upínaní prírub zo sklenených vlákien alebo mäkkého hliníka, kde povrchové napätie musí zostať nižšie 100 MPa .

Konfigurácie stohovania a ich jarné sadzby

Stohovanie transformuje hranicu výkonu jednej práčky. Tri základné stohovacie usporiadania vytvárajú úplne odlišné identity záťaže a priehybu. Paralelný zväzok znásobuje silu potrebnú pre danú deformáciu, zatiaľ čo sériový zväzok znásobuje celkovú deformáciu dostupnú pre danú silu. Ich zmiešaním vzniká progresívny pružinový systém s kolenným bodom v oblúku.

Paralelné stohovanie pre zvýšenú silu

Vložte identické podložky do seba, všetky orientované rovnako. Dve paralelné podložky zdvojnásobia výkon sily pri rovnakom vychýlení. Päť podložiek paralelne päťnásobne zvyšuje silu. Avšak trenie medzi vnorenými kužeľmi zvyšuje hysterézu. V praxi stoh štyroch paralelných podložiek zažíva a strata trením približne 6-8% v porovnaní s teoretickým lineárnym násobením. Mazanie spojovacích povrchov pastou zo sulfidu molybdénového je nevyhnutné pre predvídateľnú konverziu krútiaceho momentu na predpätie v paralelných zostavách presahujúcich tri podložky.

Stohovanie sérií na dlhé cesty

Zmeňte orientáciu každej podložky tak, aby boli proti sebe. Dve podložky v sérii zdvojnásobia celkovú kapacitu vychýlenia pri rovnakej úrovni sily. Stoh štyroch v sérii poskytuje štvornásobný zdvih. Toto usporiadanie je ideálne na zaťažovanie skrutkovanej príruby, ktorá podlieha cyklickej tepelnej rozťažnosti. Stoh sa správa ako poddajná pružina, ktorá udržuje svorkové zaťaženie v medzere, ktorá sa rozširuje a sťahuje o niekoľko milimetrov.

Zmiešané stohovanie pre progresívne krivky

Kombinujte sadu paralelných podložiek so sadou sériových podložiek. Typická konfigurácia je "trojparalelný, dvojsériový" zásobník. To znamená tri podložky vnorené spolu (paralelné), potom dve z týchto trojitých hniezd proti sebe (séria). Krivka pružiny spočiatku sleduje tuhú dráhu vysokej sily paralelných trojíc. Ak sa kĺb pri preťažení mierne oddelí, sériová opozícia sa zapojí a tuhosť pružiny drasticky zmäkne, čím sa zabráni prudkému nárastu napätia skrutky, ktorý by inak spôsobil únavové zlyhanie.

Rozhrania výberu materiálu a korózie

Základný kov podložky určuje jej únavovú životnosť a odolnosť proti korózii. Štandardná uhlíková oceľ (C67S, 1.5014) kalená a popúšťaná na 42-48 HRC pokrýva väčšinu vnútorných aplikácií. Pre vonkajšie konštrukčné skrutkovanie alebo morské prostredie je potrebná nehrdzavejúca oceľ AISI 316 alebo Inconel 718, ale tieto majú výrazné zníženie pevnosti v ťahu v porovnaní s legovanou pružinovou oceľou.

Nikdy nespárujte podložku Belleville z tvrdej uhlíkovej ocele s mäkkou skrutkou z nehrdzavejúcej ocele bez medziľahlej tvrdenej plochej podložky. Kužeľová hrana pružnej podložky sa zadrie do dosadacej plochy skrutky, čím sa vytvorí stúpač napätia, ktorý iniciuje únavové trhliny. Tenká, povrchovo kalená plochá podložka so skoseným otvorom chráni polomer zaoblenia hlavy skrutky.

Nastavenie predpätia pomocou podložiek Belleville

Použitie krútiaceho momentu na nastavenie predpätia na stohu Belleville je nespoľahlivé, pretože upínaciu silu určuje vychýlenie pružiny, nie krútiaci moment. Správna metóda je vypočítať priehyb pružiny pri požadovanom predpätí a potom dotiahnuť, kým sa nezmeria fyzická deformácia. Môžete sa zamerať na jednu podložku série B s celkovým zdvihom 2,15 mm 1,5 mm vychýlenie (70 % zdvihu) na dosiahnutie menovitého plošného zaťaženia. Toto sa overí číselníkovým úchylkomerom alebo hĺbkovým mikrometrom merajúcim medzeru medzi upnutými doskami. Ak je podložka skrytá, použite hydraulické napnutie alebo zmerajte natiahnutie skrutky ultrazvukom. Spoliehanie sa len na momentový kľúč môže mať za následok rozptyl predpätia ± 25 % , čo často presahuje elastický pracovný rozsah podložky.

Vyhýbanie sa bežným poruchovým režimom

Únavové zlyhanie zvyčajne začína na vnútornom okraji podložky, kde sa počas stláčania koncentrujú ťahové napätia. Brokovanie konkávneho povrchu podložky oneskoruje iniciáciu prasklín. Uistite sa, že dosadacia plocha proti vnútornému priemeru je bez ostrých ostrapov alebo rozstrek po zváraní. Otrepa na drieku skrutky pôsobí ako rezný nástroj, ktorý ryje dieru podložky a vytvára pôvod lomu. Ďalším prehliadaným zlyhaním je obrátené stohovanie. Ak sa náhodou prehodí jedna podložka, spoj úplne stratí svoju pružiacu funkciu a stane sa plochým spojom, ktorý sa okamžite uvoľní. Po montáži vždy označte vonkajší okraj paralelných stohov farbiacim perom, aby bola pri kontrole vizuálne viditeľná obrátená podložka.

Kontrolný zoznam aplikácie pre vysokovibračné spoje

Pred dokončením návrhu skontrolujte týchto päť bodov. Po prvé, zovretá dĺžka skrutky musí byť dostatočná na to, aby vychýlenie podložky bolo zmysluplným zlomkom celkovej elasticity spoja. Po druhé, podložka nesmie byť pri maximálnom prevádzkovom zaťažení sploštená. Po tretie, dosadacia plocha musí byť vytvrdená alebo chránená plochou podložkou. Po štvrté, počet paralelných podložiek by nemal presiahnuť štyri bez zníženia hodnoty trenia. Po piate, materiál musí vydržať hornú hranicu teploty prostredia bez straty nálady. Vynechanie ktorejkoľvek z týchto kontrol ohrozuje základný dôvod pre výber podložky Belleville pred delenou poistnou podložkou, ktorá stráca napätie po malom množstve zapustenia.