Jak určit správnou konfiguraci sady talířových pružin

Talířové pružiny jsou přesné součásti kuželovitého tvaru určené pro axiální zatížení. Talířové pružiny mohou být staticky zatěžovány buď nepřetržitě, nebo přerušovaně, nebo dynamicky vystaveny nepřetržitému cyklickému zatížení. Talířové pružiny se od ostatních typů pružin liší tím, že jejich průhyb při daném zatížení je předvídatelný, což umožňuje vypočítat minimální životnost. Díky své předvídatelnosti, vysoké spolehlivosti a bezkonkurenční životnosti jsou talířové pružiny upřednostňovány před všemi ostatními typy pružin v kritických aplikacích, jako jsou bezpečnostní ventily, spojkové a brzdové mechanismy pro výtahy a těžká zařízení a podpěry pro průmyslové potrubní systémy. Talířové pružiny lze použít buď jednotlivě nebo sestavit do sady, aby se dosáhlo charakteristik deformace požadovaných pro danou aplikaci. Tento technický článek podrobně popisuje různé metody skládání talířových pružin a jak určit správnou konfiguraci sady pro konkrétní aplikaci.

Pro dosažení optimálního výkonu talířové pružiny je nejlepší udržovat pracovní průhyb mezi 15 % a 75 % plného rozsahu, protože v tomto rozmezí se naměřené výsledky nejvíce shodují s teoretickými charakteristikami talířové pružiny. Pokud jedna talířová pružina není schopna dosáhnout charakteristik síly/průhybu, které aplikace vyžaduje, lze talířové pružiny skládat do sérií, paralelně nebo v kombinaci, aby se dosáhlo požadovaných požadavků (viz: Metody skládání a obrázek 1).

Je třeba vzít v úvahu tření mezi pružinami naskládanými paralelně. Mezi faktory ovlivňující tření patří počet paralelně naskládaných pružin, velikost průhybu pružin, způsob mazání pružin a povrchová úprava pružin a vodicích prvků. Rozumnou rezervou je 2–3 % pro každou kluznou plochu. Přidání tření u paralelně naskládaných pružin vede k tomu, že skutečná křivka zatížení/průhybu se liší od teoretické křivky. Skutečné zatížení je vyšší, když je zatížení aplikováno, a nižší, když je zatížení odlehčeno. Tato hystereze má za následek tlumící účinek, který se zvyšuje s tloušťkou pružin nebo s počtem pružin naskládaných paralelně (obrázek 2).

Obrázek 3

Tření mezi kluznými plochami by mělo být minimalizováno, aby se snížila odchylka od teoretických hodnot a omezilo se hromadění tepla, které má negativní vliv na životnost pružin. Talířové pružiny naskládané paralelně by měly být mazány pevným mazivem, jako je disulfid molybdenu, a jejich počet by měl být omezen na maximálně 4 paralelně vrstvené pružiny. Tření bude menší u svisle orientované sady než u horizontálně zatížené sady. V dynamických aplikacích existuje „zabíhací“ období, během kterého se tření snižuje, protože povrchová úprava kluzných ploch a kontaktních ploch se opotřebovává a vyhlazuje v důsledku kontaktu jednotlivých částí.

Při skládání sady talířových pružin je možné dosáhnout široké škály charakteristik síla/průhyb; sadu lze navrhnout se specifickými zatěžovacími křivkami, aby splňovala požadavky aplikace, a to jak progresivně, tak regresivně (obrázek 3).