在电机轴承中使用波形弹簧的问题

什么是波浪弹簧

在电机轴承系统布置中，弹簧通常用于对某些轴承施加预紧力。大型电机通常使用柱形弹簧。对于小型电机，通常使用波形弹簧或蝶形弹簧。
波形弹簧顾名思义，波浪形弹簧是具有波浪形状的弹簧部件。通常，它们用于负载和变形较小、弹簧刚度较小、外加轴向力较小的应用场合。它们重量轻、体积小，适用于减轻重量和空间有限的工作场所。

在电机轴承系统中，它的作用是对轴承施加轴向载荷，以最大限度地降低轴承噪音，并避免伪布氏压痕。

• 降低工作高度

在空间有限的应用中，与传统的圆钢丝弹簧相比，它们最多可节省 50% 的空间。使用扁平弹簧可以节省空间。 材料 和正弦波形。因此，生产所需的材料更少，弹簧更紧凑，弹簧和部件的总重量也可减轻。

• 设计灵活性

基于一系列独特的工艺，弹簧的任何方面都可以专门定制，以满足应用要求。线圈数量、厚度、端部类型、波形分布和材料类型均可根据用户需求进行定制。

• 节约成本

与传统的圆形钢丝弹簧相比，它的工作高度更低。可缩小整个组件的尺寸，减少生产所需的材料，使生产更经济、更快速。对于有外围铸件或机加工部件的应用，可显著节省波形弹簧成本。

• 均匀的强度分布

需要均匀分布力的常见应用是软质材料，如密封件、阀门和部件中使用的塑料。与圆钢丝弹簧不同的是，它可以实现更均匀的力分布。在压缩过程中，圆钢丝弹簧可能会意外弯曲或变形。弹簧高度的降低 产品 减少类似的误差。力分布是一个关键的应用问题，它可以设计成一端或两端都是扁平的端部形状。通过 360 度 接触扁平的两端能将弹簧力更均匀地分散到相邻部件上。

• 多功能性

它可用于各行各业，几乎适用于所有用途。例如

流量阀：台式弹簧可在流体压力增加时精确控制活塞的线性位移。

泄压阀：组件下的空气压力会导致弹簧载荷增加，迫使板远离密封面，从而提供一个减压机制。一旦压力降低，弹簧就会恢复到原来的工作高度，使装置再次密封。

密封面：它们施加压力，精确地加载配合表面，正确地密封流体。

隔振器：在恒定负载下，隔振器可抑制设备运行过程中的振动。它们用于提供精确、可预测的负载/挠度曲线。

波形弹簧标准

该产品主要用于在轴系统中施加轴向力。该弹簧的变形是轴向压缩产生的弹性力。所产生的弹性力实际上是弹簧内部对弯曲变形的阻力。

具体参数可参见 JB/T7590《电机用钢制波形弹簧技术条件》或从波形弹簧供应商处获取。
产品材料为弹簧钢，牌号为 65Mn，经表面氧化处理后，硬度在 45-52HRC 之间。
国家标准中的尺寸范围为 D16-D240，内径从 11.7 毫米到 204 毫米不等。超过这一范围的尺寸需要额外考虑或使用其他方法。

弹性 波形弹簧

从标准中不难看出，波形弹簧有一个自由高度 H。同时，在标准测试中也有一个测试高度 h。也就是说，当弹簧从自由高度 H 变形到测试高度 h 时，弹簧力应在标准给出的范围内。
如果在实际工作条件下，弹簧的变形量超过此范围，则弹簧力不在此范围内。这是许多电机制造商遇到的常见问题。弹簧变形有时过大，有时过小。所谓过大或过小，就是没有达到标准中的试验高度。
另一方面，标准中规定了产品的试验后应力和韧性。在上述标准中，试验后弹簧的弹性尺寸不得小于最小值的 90%。同样，经过一定量的弯曲后，也不应出现损坏。
因此，只要在变形范围内，对弹簧施加压力就不会导致断裂或弹性发生巨大变化。

波形弹簧和电机轴承的预紧

由于波形弹簧在电机轴承系统中的作用是施加轴向载荷，因此该弹簧的弹力应等于需要施加的预紧力值。也就是说，测试高度（即变形后的高度）的弹簧力应在轴承所需的轴向预紧值范围内。

波形弹簧的应用

• 航空航天电气连接器

该装置中的两个单层铰接产品在压缩时对接头施加恒定的力，从而保证了连接的连续性。

• 流量阀应用

当流体压力增加时，弹簧会精确控制柱塞的线性位移，从而定位流体孔口，使流体正常流动。

• 多齿刀具

切割工具使用一种专门设计的产品，该产品带有定位尖端。波形弹簧对切割工具的两半施加压力，将它们结合在一起，同时允许它们摆动。

• 小集团

当压缩空气通过阀门时，波形弹簧会压缩，以精确地保持一定的压力，从而精确地调节阀门的流量。

• 泄压开关阀

精确的压力是通过该弹簧实现的。该装置下的空气压力会导致弹簧负荷增加，迫使板远离密封面，从而提供压力释放机制。当施加在弹簧上的载荷减小时，装置就可以再次密封。

• 水阀

波形弹簧又称扁线压缩弹簧，通过保持恒定的载荷并与阀轴上的螺纹啮合来防止阀门手柄旋转。当手柄逆时针旋转时，弹簧的阻力会增加，从而降低继续旋转的可能性。

• 端面密封

它们通过准确地将负载施加到基于配合表面的碳钢表面，从而施加压力以正确密封液体。产品在固定的工作范围内工作，并提供精确的力。它取代了无法保持必要弹性比的冲压波形垫圈。必须从碳钢表面向弹簧提供的密封面施加精确的压力，以避免过度磨损，同时保持适当的密封。

使用绕线机施加预紧力时经常遇到的问题

• 波形弹簧磨损

一些工程师认为，弹簧表面经过热处理，因此轴承表面会出现磨损。事实真的如此吗？深沟球轴承外圈的硬度约为 56 HRC，而波形弹簧的硬度如前所述为 45-52 HRC，因此当发生磨损时，弹簧的磨损会更严重。
然而，这种磨损会损害 波形弹簧 因此也会影响轴承的预紧力。那么，为什么在弹簧被压缩变形后会出现这种磨损呢？从理论上讲，轴承的外圈也不应该旋转，即使有轻微的蠕变，也不应该出现如此严重的磨损。(外圈运转除外）
这很有可能是轴承系统在运行过程中发生了振动，而振动的方向可能有径向和轴向两种。因此，轴承端面和弹簧之间发生了接触摩擦，从而产生了磨损。
当然也有可能是轴承外圈严重跑偏，但通过观察外圈很容易发现这一因素。

• 波浪弹簧断裂

我们从产品标准中得知，波形弹簧具有一定的韧性。如果对电机中的弹簧施加轴向力，弹簧在合理范围内的变形不会损坏弹簧的能力。即使超过变形范围，弹簧失去弹性能力，考虑到金属的弹性，也不会断裂。

金属断裂最初是由疲劳引起的，原因与轴承的疲劳相同。通常情况下，剪切应力会重复一定次数，从而导致疲劳。
这涉及两个因素，一个是剪应力，另一个是复发。如果波形弹簧只在剪应力作用下出现，就很难发生疲劳断裂。这一定是剪应力往复出现的结果。对于电机来说，最大的可能是电机在振动状态下工作，弹簧不断压缩、反弹、再压缩、再反弹。

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