Jak ovlivňuje rozsah deformace výkon talířových pružin

Statické zatížení je definováno jako přenášení konstantního zatížení nebo zatížení, které se mění v relativně dlouhých časových intervalech – nepřesahujících 10 000 cyklů po celou dobu životnosti konstrukce. Ve statických aplikacích je kritické nejvyšší vypočítané napětí v polovině rozpětí horní plochy talířové pružiny. (Zobrazeno jako bod 0 na obrázku 2.) V tomto bodě by nejvyšší vypočítané napětí nemělo překročit přibližnou pevnost materiálu v tahu (1400–1600 N/mm²), když je talířová pružina v rovné poloze. Standardní talířové pružiny lze použít při statickém zatížení bez provádění teoretických výpočtů, pokud je deformace nižší než 75 % celkové hodnoty.

 Obrázek 2

Dynamicky zatížené talířové pružiny lze rozdělit do dvou obecných kategorií:

1. Omezená únavová životnost, kdy talířové pružiny dosahují 10 000 až 2 000 000 cyklů
2. Vysoká únavová životnost, kdy jsou talířové pružiny schopny snést více než 2 000 000 cyklů

K prodloužení únavové životnosti talířových pružin lze použít procesy, jako je kuličkování. Kuličkování vytváří na povrchu talíře příznivé tlakové napětí, které zamezuje šíření trhlin.

Zbytkové tahové napětí vzniklé po výrobě se vyskytuje na horním okraji vnitřního průměru talíře, znázorněném jako bod 1 na obrázku 2.

Během provozu se toto tahové napětí mění na tlakové napětí. Touto změnou napětí se výrazně snižuje únavová životnost. Udržování talířové pružiny na konstantním předpětím při minimální deformaci 15 % eliminuje uvedené změny napětí a prodlužuje životnost talířové pružiny.

Počáteční zatížení talířové pružiny splňuje dva cíle:

1. U nezatížených talířových pružin se v bodě I, jak je znázorněno na obrázku 2, vyskytuje zbytkové tahové napětí po výrobě. Předpětí talíře mění tahové napětí v bodě I na tlakové napětí. Udržování horní části talíře pod tlakovým napětím snižuje riziko šíření trhlin. Změna z tahového na tlakové napětí výrazně omezuje únavovou odolnost talířové pružiny. Talířová pružina musí mít předpětí minimálně 15 % celkového průhybu, aby se eliminovalo tahové napětí.
2. Talířová pružina se usadí, jakmile se počáteční působící síla rovnoměrně rozloží po obvodu pružiny. Talířové pružiny nejsou 100% symetrické, proto dochází k mírnému nárůstu síly při jejich usazování s předpětím. I když lze tento nárůst síly předvídat, není zohledněn ve výpočtech síly a průhybu.

Zvyšující se konečné zatížení zvyšuje velikost napětí v talířové pružině a vede ke snížení odolnosti vůči únavě. Stejně jako u jakékoli konstrukční součásti platí, že menší průhyb znamená nižší napětí a vede k delší životnosti. Zatížení talířové pružiny nad 75 % celkového průhybu posune talíř za lineární úsek výkonové křivky (obrázek 1) a napětí se může nelineárně zvyšovat, což vede k rychlé ztrátě odolnosti proti únavě. Čím nižší je konečné zatížení splňující konstrukční požadavky, tím delší je únavová životnost.

Únavovou životnost lze prodloužit snížením průhybu talířové pružiny. Je-li zapotřebí větší zdvih, lze talířové pružiny vrstvit na sebe, čímž se zajistí větší průhyb bez zvýšení namáhání každého jednotlivého talíře, což vede k prodloužení únavové životnosti.

Rozsah deformace talířové pružiny určuje její předvídatelnost a odolnost.

Při statickém zatížení nejsou teoretické výpočty napětí nutné, pokud průhyb nepřesáhne 75 % plného průhybu talíře. Vyšší průhyby vedou k vysokému napětí, které má za následek ztrátu síly pružiny. Pochopení toho, jak rozsah průhybu ovlivňuje životnost talířové pružiny, je podstatou k určení únavové životnosti.

Pokyny uvedené v tomto dokumentu mají obecný charakter; proto se doporučuje použití konzultovat s aplikačními inženýry, kteří se specializují na navrhování a specifikaci talířových pružin, aby bylo zajištěno splnění výkonnostních požadavků pro každou konkrétní sestavu.