Your browser is out of date.

You are currently using Internet Explorer 7/8/9, which is not supported by our site. For the best experience, please use one of the latest browsers.

Faktory, které je třeba zohlednit při výběru materiálu pro talířové pružiny

autor: John Valvoda – specialista na talířové pružiny

Talířové pružiny jsou ideální funkční komponenty pro dosažení konzistentních a předvídatelných sil v rámci stanovených vzdáleností pohybu. Na rozdíl od jiných typů pružin, včetně Belleville podložek, mají talířové pružiny předvídatelnou životnost, kterou lze vypočítat. Spolehlivost a předvídatelnost těchto vysoce výkonných pružin je bezkonkurenční. Zatímco talířové pružiny vypadají jako jednoduché kuželové podložky, proces výběru správné talířové pružiny nebo sady talířových pružin je poměrně technicky náročný.

Výběr správného materiálu pro talířovou pružinu je stejně důležitý jako výběr správné velikosti talířové pružiny pro danou aplikaci. Důvodem je to, že faktory pro výběr materiálu jsou ovlivněny: 

1.  Síla
2.  Provozní prostředí
3.  Životnost
4.  náklady

Níže je uveden přehled (4) výše uvedených proměnných a toho, jak mohou ovlivnit výběr materiálu talířové pružiny. 

Obrázek 1
Talířové pružiny jsou k dispozici v různých typech materiálů. Na tomto obrázku jsou talířové pružiny vyobrazeny z uhlíkové oceli (vlevo) a nerezové oceli 17-7 (vpravo).

Síla

Obecně platí, že talířové pružiny z uhlíkové a legované oceli mají nejlepší vlastnosti díky své „pružnosti“. Uhlíková ocel a legovaná ocel (známá také jako pružinová ocel) jsou také mimořádně odolné a odolné proti únavě při tepelném zpracování. Obecně platí, že u talířových pružin z uhlíkové nebo legované oceli dosáhnete většího výkonu (o 5–6 % více) než u talířových pružin ze stejné velikosti z nerezové oceli 301 nebo 17-7. Zatímco pružinová ocel může poskytovat vynikající výkon v běžném prostředí, její výkon se může při vyšších teplotách začít snižovat. Talířové pružiny z nerezové oceli poskytují lepší teplotní odolnost, ale při extrémních teplotách neudrží svůj výkon tak dobře jako exotické materiály, například talířové pružiny z Inconelu. V situacích, kde je požadována ochrana proti korozi, by konstruktér měl zvážit nákladovou efektivitu použití 2 nebo 3 talířových pružin z nerezové oceli paralelně oproti jedné talířové pružině z uhlíkové nebo legované oceli s mechanickým zinkovým nebo ArmorGalv® (termodifúzním povlakem ze slitiny zinku) – přičemž obě možnosti dosahují stejné síly.

Běžné materiály talířových pružin  Třída Modul pružnosti
Legovaná ocel 51CrV4 (1.8159) / UNS G61500 206 GPa
Ocel s vysokým obsahem uhlíku C67S (1.1231) / UNS G10700 206 GPa
Nerezová ocel 301 X10CrNi18-8 (1.4310) / UNS 30100 190 GPa
Nerezová ocel 17-7  X7CrNiAl17-7 (1.4568) / UNS S17700 200 GPa
Slitina INCONEL® X-750 NiCr15Fe7TiAl (2.4669) / UNS N07750 214 GPa

Tabulka 1

Faktory provozního prostředí

Rozhodnutí o výběru suroviny pro talířové pružiny může být poměrně složité, pokud vezmeme v úvahu všechny parametry. Pro výběr materiálu a/nebo povrchové úpravy je důležitým faktorem provozní teplota a možnost koroze.

Například:

  • Je v leteckém průmyslu, kde se vyskytují extrémní teploty, vhodná talířová pružina z Inconelu? Možná ano, ale alternativně můžete zvážit použití talířových pružin z nerezové oceli 17-7 v jiné konfiguraci, abyste dosáhli požadovaného výkonu v sestavě. Pružinová ocel nemusí odolávat korozivním prostředím. V tomto případě, zejména v dynamických aplikacích, může být nejlepší volbou nerezová ocel 17-7.
  • V brzdových systémech je nejdůležitější dlouhá životnost. Čistota je kritická, aby se do brzdového potrubí nedostaly nečistoty. Nerezová ocel se na první pohled jeví jako jasná volba. Co ale v případě, že jsou talířové pružiny ponořeny v hydraulické kapalině? Nepovlakované talířové pružiny z uhlíkové a legované oceli budou mít lepší výkon za nižší cenu a talířové pružiny ponořené v hydraulické kapalině budou chráněny před korozí.

 

Životnost

Volba materiálu talířové pružiny ovlivňuje odhadovanou životnost v dané aplikaci. Největším faktorem ovlivňujícím životnost talířových pružin je to, jak blízko je namáhání talířové pružiny k pevnosti v tahu nebo meze kluzu materiálu pružiny. Druhým faktorem je rozdíl mezi maximálním a minimálním namáháním během cyklu. Větší rozdíly vedou ke zkrácení životnosti. Dalším důležitým faktorem, který je třeba zohlednit, je to, jak je talířová pružina v aplikaci používána. Je talířová pružina v statické, dynamické nebo nárazové aplikaci? V dynamické aplikaci dochází u nerezové oceli řady 300 k mechanickému zpevnění a potenciálně k kratší životnosti v únavě ve srovnání s nerezovou ocelí 17-7 a uhlíkovou/legovanou ocelí. Životnost talířové pružiny (talířových pružin) v konkrétní aplikaci by měla být vypočítána před konečným rozhodnutím.

Náklady

Je zřejmé, že čím exotičtější materiál, tím vyšší budou náklady na talířovou pružinu. Je však cena hlavním rozhodujícím faktorem? Bude exotičtější materiál, který vydrží déle bez nutnosti výměny, celkově nákladově efektivnější? Nebo by talířová pružina vyrobená z komerčně dostupného standardního materiálu, která by vyžadovala častější výměnu, stále vedla k nižším celkovým nákladům na základě požadované životnosti sestavy? Náklady nejsou tak jednoduché, jak se může zdát. 

Tabulka životnosti při únavě materiálu: 1.25mm ≤ t ≤ 6.0mm

Figure 2: Estimated Fatigue Life for DSC 50 x 25.4 x 2 Disc Spring

Obrázek 2
Odhadovaná životnost pro talířovou pružinu DSC 50 x 25,4 x 2
Osa Y = maximální rozdíl napětí
Osa X = minimální tahové napětí

Závěr

Při určování nejvhodnějšího materiálu pro talířovou pružinu pro konkrétní aplikaci je třeba zohlednit mnoho faktorů. Doporučujeme spolupracovat s aplikačními inženýry, kteří se specializují na navrhování a výrobu talířových pružin a předsestavených sad talířových pružin, aby byl vybrán správný materiál pro splnění vašich požadovaných technických a obchodních požadavků .

MÁTE NĚJAKÝ DOTAZ? Jsme tady, abychom vám pomohli!

Máte nějaký výrobní problém, který vám nejde vyřešit? Naši technici takové výzvy milují. Doporučit vám to nejlepší řešení pro vaše aplikační požadavky je to, co umíme nejlépe. Zavolejte nám nebo vyplňte formulář a spojte se s námi!

+ 420 226 218 935