Для правильного вибору пральної машини Belleville потрібно відповідати трьом параметрам до вашого застосування: серія DIN (що визначає криву зусилля-прогин), товщина матеріалу та конфігурація штабеля . Поширеною помилкою є розглядати ці шайби як прості міцні пружини. Насправді поведінка однієї шайби різко змінюється залежно від її співвідношення висоти до товщини. Для повного сплющення шайби потрібна сила, яка може в три рази перевищувати її початкове навантаження на відхилення, що часто призводить до руйнування з’єднання, якщо не врахувати його на етапі проектування.
Розуміння системи серії DIN EN 16983
Таралетні шайби не є універсальним продуктом. Застарілий стандарт DIN 2093, який тепер включено в DIN EN 16983, класифікує шайби на три окремі серії на основі їх співвідношення розмірів. Літера серії безпосередньо вказує профіль жорсткості пральної машини. Використання шайби серії A в чутливому алюмінієвому фланці спричинить заглиблення та деформацію, тоді як шайба серії C може не забезпечувати достатнього залишкового навантаження на затиск, щоб запобігти самовідмиканню у вібраційному середовищі.
| Характеристики навантаження-прогину відповідно до серії DIN EN 16983 | |||
| Серія | Співвідношення h0/t (прибл.) | Форма кривої сили | Типове застосування |
| Серія A | ~0,4 | Майже лінійна, висока сила | Велика вантажопідйомність, обмежений простір |
| Серія B | ~0,75 | Прогресивний, стандартний | Загальне машинобудування, термоциклування |
| Серія C | ~1.3 | Регресивний (майже плоска середина) | Постійне навантаження в широкому діапазоні прогину |
Серія B служить робочою конячкою для більшості болтових з’єднань, які вимагають стійкості до вібрації. Коли ви сплющуєте шайбу серії B до 75% від її загального доступного прогину, збільшення навантаження є стабільним і передбачуваним. Шайби серії C унікально підходять для динамічних теплових середовищ, оскільки вони можуть поглинати значне осьове розширення від болта, не збільшуючи силу затиску, достатню для клацання кріплення.
Розрахунок правильного розміру болта
Фізична геометрія шайби повинна відповідати хвостовику болта та сполучній поверхні. Це передбачає перевірку трьох критичних розмірів. По-перше, внутрішній діаметр шайби повинен виходити за основний діаметр різьби болта з мінімальним зазором; неакуратна посадка тут викликає ексцентричне навантаження. По-друге, зовнішній діаметр шайби визначає опорне навантаження на затиснутий матеріал. Якщо поверхня під шайбою м’яка, перевищення межі текучості при стиску призводить до релаксації закладення. По-третє, товщина шайби та висота конуса в ненавантаженому стані визначають, наскільки ви можете її стиснути, перш ніж вона затвердіє. Ви не можете дозволити тарельчатій шайбі досягти свого плоского положення за нормальних робочих навантажень; ви повинні залишити запас міцності принаймні 10-15% від загального ходу прогину щоб запобігти твердому контакту.
Відповідність ID шайби розміру болта
Стандартні метричні розміри згруповані. Шайба, розроблена для болта M8, зазвичай має внутрішній діаметр приблизно 8,4 мм. Однак для конструкційних застосувань із використанням катаних різьб фактичний діаметр тіла болта може бути трохи меншим за номінальний. Перевірте такі пари як базову лінію:
- Для болта M6 потрібна шайба з внутрішнім діаметром ~6,4 мм, зовнішній діаметр зазвичай 12,5 або 14 мм.
- Для болта M12 потрібна шайба з внутрішнім діаметром ~13 мм, зовнішній діаметр зазвичай 23 або 28 мм.
- Для болта M20 потрібна шайба з внутрішнім діаметром ~21 мм, зовнішній діаметр зазвичай 36 або 40 мм.
Вибір великого OD розподіляє силу реакції на більшу площу, зменшуючи поверхневий тиск. Це критично важливо під час затискання фланців зі скловолокна або м’якого алюмінію, де поверхневе напруження має залишатися нижче 100 МПа .
Конфігурації стекування та їх швидкість пружини
Укладання змінює межі продуктивності однієї пральної машини. Три основні механізми укладання створюють абсолютно різні ідентичності навантаження-деформації. Паралельний пакет помножує силу, необхідну для даного прогину, тоді як послідовний пакет помножує загальний прогин, доступний для даної сили. Змішуючи їх, створюється прогресивна пружинна система з точкою коліна в кривій.
Паралельне укладання для збільшення сили
Вставте однакові шайби одна в одну, орієнтовані однаково. Дві паралельні шайби подвоюють вихідну силу для того самого прогину. П'ять паралельних шайб збільшують силу в п'ять разів. Однак тертя між вкладеними конусами збільшує гістерезис. На практиці стопка з чотирьох паралельних шайб відчуває a втрати на тертя приблизно 6-8% порівняно з теоретичним лінійним множенням. Змащення сполучених поверхонь пастою з дисульфіду молібдену необхідне для передбачуваного перетворення крутного моменту в попереднє натягування в паралельних пакетах, що перевищують три шайби.
Укладання серії для довгих подорожей
По черзі орієнтуйте кожну шайбу так, щоб вони стояли одна проти одної. Дві послідовні шайби подвоюють загальну здатність відхилення при однаковому рівні сили. Стопка з чотирьох серії забезпечує в чотири рази більше подорожей. Таке розташування ідеально підходить для динамічного навантаження на болтовий фланець, який зазнає циклічного теплового розширення. Стек діє як пружна пружина, зберігаючи навантаження затиску над щілиною, яка розширюється та стискається на кілька міліметрів.
Змішане укладання для прогресивних кривих
Поєднайте набір паралельних шайб із набором послідовних шайб. Типовою конфігурацією є «потрійний паралельний, подвійний ряд». Це означає, що три шайби вкладені разом (паралельно), потім дві з цих потрійних гнізд розташовані навпроти (послідовно). Крива пружини спочатку слідує за жорсткою траєкторією високої сили паралельних трійок. Якщо під час перевантаження з’єднання злегка роз’єднується, спрацьовує послідовне протистояння, і сила пружини різко пом’якшується, запобігаючи різкому стрибку натягу болта, який інакше спричинив би втомну поломку.
Вибір матеріалу та корозійні поверхні
Основний метал шайби визначає її довговічність і стійкість до корозії. Стандартна вуглецева сталь (C67S, 1.5014), загартована та відпущена до 42-48 HRC, охоплює більшість застосувань усередині приміщень. Для зовнішнього конструкційного кріплення або морських середовищ потрібна нержавіюча сталь AISI 316 або інконель 718, але вони мають значне зниження жорсткості на розрив порівняно з легованою пружинною сталлю.
| матеріал | Діапазон твердості | Максимальна робоча температура | Стійкість до корозії |
|---|---|---|---|
| C67S (1,5014) | 42-48 HRC | 120°C (без покриття) | Низький (потрібне покриття) |
| 51CrV4 (1,8159) | 45-51 HRC | 180°C | Низький-Середній |
| AISI 316 (1.4401) | ~35 HRC макс | 280°C | Висока (стійкість до хлоридів) |
| Інконель 718 | 36-44 HRC | 600°C | Чудово |
Ніколи не поєднуйте тверду тарельчату шайбу з вуглецевої сталі з м’яким болтом із нержавіючої сталі без проміжної загартованої плоскої шайби. Конічна кромка пружинної шайби буде врізатися в опорну поверхню болта, створюючи стійку напруги, яка ініціює втомні тріщини. Тонка поверхнево загартована плоска шайба зі скошеним отвором захищає радіус балки головки болта.
Встановлення попереднього натягу за допомогою тарельчатих шайб
Використання крутного моменту для встановлення попереднього натягу на тарілку ненадійне, оскільки прогин пружини, а не крутний момент, визначає силу затиску. Правильний метод полягає в тому, щоб обчислити прогин пружини при бажаному попередньому натягу, а потім затягнути, доки не буде виміряно цей фізичний прогин. Ви можете орієнтуватися на одну шайбу серії B із загальним ходом 2,15 мм 1,5 мм відхилення (70% ходу) для досягнення номінального плоского навантаження. Це перевіряється за допомогою циферблатного індикатора або глибинного мікрометра, який вимірює зазор між затиснутими пластинами. Якщо блок шайб прихований, скористайтеся гідравлічним натягом або виміряйте розтягнення болта ультразвуком. Покладання лише на динамометричний ключ може призвести до розкиду попереднього натягу ±25% , що часто перевищує пружний робочий діапазон шайби.
Уникнення загальних режимів відмови
Втомне руйнування зазвичай починається з внутрішнього краю шайби, де під час стиснення концентруються кільцеві напруги розтягування. Дробеструйна обробка увігнутої поверхні шайби затримує утворення тріщин. Переконайтеся, що опорна поверхня проти внутрішнього діаметра вільна від гострих задирок або бризок зварювання. Заусенець на хвостовику болта діє як ріжучий інструмент, надрізаючи отвір шайби та створюючи тріщину. Інша неврахована помилка - перевернуте стекування. Якщо одну шайбу випадково перевернути, з’єднання повністю втрачає свою пружинну функцію та стає плоским з’єднанням, яке може бути негайно ослаблене. Завжди позначайте зовнішній край паралельних стосів ручкою після складання, щоб перевернута шайба була візуально помітна під час огляду.
Контрольний список застосування для з’єднань із високим рівнем вібрації
Перш ніж завершити дизайн, перевірте ці п’ять пунктів. По-перше, затиснута довжина болта повинна бути достатньою, щоб прогин шайби становив значущу частку загальної еластичності з’єднання. По-друге, шайба не повинна бути повністю розплющена при максимальному робочому навантаженні. По-третє, опорна поверхня повинна бути загартована або захищена плоскою шайбою. По-четверте, кількість паралельних шайб не повинна перевищувати чотирьох без зниження коефіцієнта тертя. По-п'яте, матеріал повинен витримувати верхню межу температури навколишнього середовища, не втрачаючи настрою. Пропуск будь-якої з цих перевірок ставить під загрозу фундаментальну причину вибору тарельчатої шайби замість роз’ємної стопорної шайби, яка втрачає напругу після невеликої кількості заглиблення.
