Проблемы использования волновых пружин в подшипниках двигателя

Что такое волновая пружина

В подшипниковых системах двигателей для создания предварительного натяга некоторых подшипников часто используются пружины. Для больших двигателей обычно используются пружины-стойки. Для небольших двигателей чаще всего используются волновые пружины или пружины-бабочки.
Волновая веснаКак следует из названия, пружины имеют волнистую форму. Обычно они используются в тех случаях, когда нагрузка и деформация невелики, жесткость пружины невелика, а приложенная осевая сила невелика. Благодаря малому весу и небольшим размерам они подходят для снижения веса и работы в условиях ограниченного пространства.

В подшипниковых системах двигателей он служит для приложения осевой нагрузки к подшипникам, чтобы минимизировать шум подшипника, а также для предотвращения псевдобринелловского вдавливания.

• Уменьшенная рабочая высота

В условиях ограниченного пространства они позволяют сэкономить до 50% места по сравнению с традиционными круглыми проволочными пружинами. Экономия пространства может быть достигнута за счет использования плоских материал и синусоидальные формы волны. В результате для производства требуется меньше материалов, пружина получается более компактной, а общий вес пружины и компонентов может быть снижен.

• Гибкость дизайна

На основе ряда уникальных процессов любой аспект пружины может быть специально адаптирован к требованиям конкретного приложения. Количество витков, толщина, тип концов, распределение формы волны и тип материала - все это может быть адаптировано к потребностям пользователя.

• Экономия расходов

Позволяет снизить рабочую высоту по сравнению с традиционными круглыми проволочными пружинами. Позволяет уменьшить размер всего узла, требуя меньше материала для изготовления, что делает производство более экономичным и быстрым. При использовании литых деталей по внешнему периметру или деталей, прошедших механическую обработку, можно добиться значительной экономии на стоимости пружин.

• Равномерное распределение прочности

Чаще всего для равномерного распределения усилия требуются мягкие материалы, такие как пластмассы, используемые в уплотнениях, клапанах и компонентах. В отличие от круглых проволочных пружин, они обеспечивают более равномерное распределение усилия. При сжатии круглые проволочные пружины могут неожиданно изгибаться или деформироваться. Уменьшенная высота продукты уменьшает подобные ошибки. Распределение усилия - ключевой вопрос применения, поэтому можно спроектировать плоский конец с одного или обоих концов. С 360 градусами контактПлоские концы более равномерно распределяют усилие пружины по соседним компонентам.

• Универсальность

Они могут использоваться в различных отраслях промышленности и подходят практически для всех применений. Пример:

Расходные клапаны: Столешничные пружины точно контролируют линейное перемещение поршня при увеличении давления жидкости.

Клапаны сброса давления: Давление воздуха под узлом приводит к увеличению нагрузки на пружину, отталкивая пластину от уплотнительной поверхности, обеспечивая тем самым механизм снижения давления. Как только давление снижается, пружина возвращается на исходную рабочую высоту, позволяя устройству снова герметизировать.

Уплотнительные поверхности: Они прикладывают давление для точной нагрузки на сопрягаемые поверхности, обеспечивая надлежащее уплотнение жидкости.

Виброизоляторы: При постоянной нагрузке изоляторы гасят вибрацию во время работы устройства. Они используются для обеспечения точной и предсказуемой кривой нагрузка/прогиб.

Стандарты волновых пружин

Продукция в основном используется для приложения осевого усилия в системе валов. Деформация этой пружины представляет собой упругую силу, возникающую при осевом сжатии. Результирующая упругая сила фактически является внутренним сопротивлением пружины деформации изгиба.

Конкретные параметры можно найти в JB/T7590 "Технические условия стальных волновых пружин для электрических машин" или получить у поставщиков волновых пружин.
Материал изделий - пружинная сталь, марка 65Mn, после обработки поверхности окислением, твердость находится в пределах 45-52HRC.
Их размерный ряд в национальном стандарте - D16-D240, а внутренние диаметры - от 11,7 мм до 204 мм. Размеры, превышающие этот диапазон, требуют дополнительного рассмотрения или использования альтернативных методов.

Эластичность волновые пружины

Из стандарта легко понять, что волновые пружины имеют свободную высоту H. В то же время, в стандартном испытании есть испытательная высота h. То есть, когда пружина деформируется от свободной высоты H до испытательной высоты h, сила пружины должна быть в пределах диапазона, указанного в стандарте.
Если в реальных условиях работы деформация пружины превышает этот диапазон, то усилие пружины не находится в пределах этого диапазона. Это общая проблема, с которой сталкиваются многие производители двигателей. Иногда деформация пружины слишком велика, иногда слишком мала. Так называемая слишком большая или слишком маленькая не достигает испытательной высоты в стандарте.
С другой стороны, напряжение после испытания и вязкость изделий указаны в стандарте. Величина упругости пружины должна быть не менее 90% от минимального значения после испытания в вышеуказанном стандарте. Аналогично, после определенного изгиба не должно происходить никаких повреждений.
Поэтому простое давление на пружину не должно привести к ее поломке или сильному изменению упругости, пока она находится в пределах допустимой деформации.

Предварительный натяг волновых пружин и подшипников двигателя

Поскольку функция волновой пружины в системе подшипников двигателя заключается в приложении осевой нагрузки, сила пружины должна быть равна величине предварительного натяга, который необходимо приложить. То есть сила пружины на высоте испытания (т.е. на высоте после деформации) должна находиться в диапазоне величины осевого предварительного натяга, необходимого для подшипника.

Применение волновых пружин

• Электрические разъемы для аэрокосмической промышленности

Два однослойных зацепных элемента этого устройства оказывают постоянное усилие на соединение при сжатии, обеспечивая непрерывность соединения.

• Применение клапанов расхода

При увеличении давления жидкости пружина точно контролирует линейное перемещение плунжера, что позволяет установить отверстие для жидкости таким образом, чтобы обеспечить надлежащий поток жидкости.

• Многозубые режущие инструменты

В режущем инструменте используется специально разработанное изделие с фиксирующим наконечником. Волновая пружина оказывает давление на две половины режущего инструмента, скрепляя их вместе и позволяя им колебаться.

• клика

Когда через клапан подается сжатый воздух, волновая пружина сжимается, точно поддерживая определенное давление, которое точно регулирует поток из клапана.

• Переключающий клапан сброса давления

Точное давление достигается с помощью этой пружины. Давление воздуха под этим устройством приводит к увеличению нагрузки на пружину, отталкивая пластину от уплотнительной поверхности, тем самым обеспечивая механизм сброса давления. Когда нагрузка на пружину уменьшается, устройство снова готово к герметизации.

• водяной клапан

Волновые пружины, также известные как пружины сжатия из плоской проволоки, предотвращают вращение ручки клапана, поддерживая постоянную нагрузку и зацепляя резьбу на шпинделе. При вращении ручки против часовой стрелки сопротивление пружины увеличивается, снижая вероятность продолжения вращения.

• торцевое уплотнение

Они создают давление для надлежащего уплотнения жидкостей путем точного приложения нагрузки к поверхностям из углеродистой стали, расположенным на сопрягаемых поверхностях. Изделия работают в фиксированном рабочем диапазоне и обеспечивают точное усилие. Они заменяют штампованные волновые шайбы, которые не поддерживают необходимый коэффициент упругости. Точное давление должно прикладываться от поверхности углеродистой стали к уплотнительной поверхности, обеспечиваемой пружиной, чтобы избежать чрезмерного износа при сохранении надлежащего уплотнения.

Проблемы, часто возникающие при применении предварительного натяжения шпули

• Износ волновой пружины

Некоторые инженеры считают, что поверхности пружин подвергаются термообработке и поэтому износ происходит на поверхностях подшипников. Так ли это на самом деле? Твердость наружного кольца радиальных шарикоподшипников составляет около 56 HRC, в то время как твердость волновых пружин составляет 45-52 HRC, как уже упоминалось ранее, поэтому при износе пружины будут подвергаться более сильному воздействию.
Однако такой износ наносит вред волна весна и, следовательно, на предварительный натяг подшипника. Почему же происходит такой износ после сжатия и деформации пружины? Теоретически, наружное кольцо подшипника тоже не должно вращаться, и даже если есть небольшая ползучесть, такого сильного износа быть не должно. (За исключением работы наружного кольца)
Весьма вероятно, что система подшипников вибрирует во время работы, и направление этой вибрации может иметь радиальную и осевую составляющие. В результате возникло контактное трение между торцевой поверхностью подшипника и пружиной, что привело к износу.
Конечно, есть вероятность, что наружное кольцо подшипника серьезно запущено, но этот фактор можно легко определить, осмотрев наружное кольцо.

• Поломка волновой пружины

Из стандартов на продукцию известно, что волновые пружины обладают определенной степенью жесткости. Если к пружине в двигателе прикладывается осевое усилие, то деформация пружины в разумных пределах не нарушает ее способности. Даже если диапазон деформации будет превышен и пружина потеряет свою упругость, она не сломается, учитывая упругость металла.

Изломы в металлах первоначально вызываются усталостью, по той же причине, что и усталость в подшипниках. Часто напряжения сдвига повторяются определенное количество раз, что приводит к усталости.
В этом процессе участвуют два фактора: напряжение сдвига и рекуррентность. Если волна пружинит только при сдвиговом напряжении, то усталостное разрушение затруднено. Это должно быть результатом взаимного возникновения напряжения сдвига. Для двигателей наиболее вероятным является ситуация, когда двигатель работает в условиях вибрации, а пружина продолжает сжиматься, отскакивать, снова сжиматься и снова отскакивать.

сопутствующие товары

Вложенная волна Spring

Линейная волновая пружина