Selectarea corectă a unei mașini de spălat Belleville necesită potrivirea a trei parametri cu aplicația dvs.: seria DIN (care dictează curba forță-deformare), grosimea materialului și configurația de stivuire . O greșeală comună este tratarea acestor șaibe ca simple arcuri rezistente. În realitate, comportamentul unei singure mașini de spălat se schimbă drastic în funcție de raportul dintre înălțime și grosime. Aplatizarea completă a unei șaibe necesită o forță care poate fi de până la trei ori mai mare decât sarcina de deformare inițială, ceea ce duce adesea la defectarea îmbinării dacă nu este luată în considerare în faza de proiectare.
Înțelegerea sistemului din seria DIN EN 16983
Mașini de spălat Belleville nu sunt un produs universal. Vechiul standard DIN 2093, acum absorbit în DIN EN 16983, clasifică șaibele în trei serii distincte în funcție de raporturile lor dimensionale. Litera de serie vă spune direct profilul de rigiditate al șaibei. Utilizarea unei șaibe din seria A într-o flanșă sensibilă din aluminiu va cauza înglobare și deformare, în timp ce o șaibă din seria C ar putea să nu furnizeze suficientă sarcină reziduală de clemă pentru a preveni auto-slăbirea într-un mediu vibratoriu.
| Caracteristici de deformare a sarcinii după seria DIN EN 16983 | |||
| Seria | Raport h0/t (aproximativ) | Forma curbei de forță | Aplicație tipică |
| Seria A | ~0,4 | Aproape liniar, forță mare | Capacitate mare de încărcare, spațiu limitat |
| Seria B | ~0,75 | Progresiv, standard | Inginerie generală, ciclism termic |
| Seria C | ~1.3 | Regresiv (secțiunea mijlocie aproape plată) | Sarcină constantă pe o gamă largă de deformare |
Seria B servește drept cal de muncă pentru majoritatea îmbinărilor cu șuruburi care necesită rezistență la vibrații. Când aplatizați o mașină de spălat seria B la 75% din deformarea totală disponibilă, creșterea sarcinii este stabilă și previzibilă. Șaibele din seria C sunt potrivite în mod unic pentru mediile termice dinamice, deoarece pot absorbi o expansiune axială semnificativă de la un șurub, fără a multiplica suficient forța de strângere pentru a prinde elementul de fixare.
Calcularea dimensiunii corecte pentru șurub
Geometria fizică a șaibei trebuie să se potrivească cu tija șurubului și cu suprafața de îmbinare. Aceasta implică trei verificări dimensionale critice. În primul rând, diametrul interior al șaibei trebuie să elibereze diametrul principal al filetului șurubului cu un spațiu minim; o potrivire neglijentă aici cauzează încărcare excentrică. În al doilea rând, diametrul exterior al șaibei dictează solicitarea lagărului asupra materialului prins. Dacă suprafața de sub mașină de spălat este moale, depășirea limitei de curgere la compresiune duce la relaxarea înglobării. În al treilea rând, grosimea mașinii de spălat și înălțimea conului în starea fără încărcare determină cât de mult o puteți comprima înainte de a deveni solidă. Nu puteți permite unei mașini de spălat Belleville să atingă poziția sa plată sub sarcini normale de funcționare; trebuie să lăsați o marjă de siguranță de cel puțin 10-15% din cursa totală de deviere pentru a preveni contactul solid.
Potrivirea ID-ului șaibei cu dimensiunea șurubului
Dimensiunile metrice standard sunt grupate. O șaibă proiectată pentru un șurub M8 are de obicei un diametru interior de aproximativ 8,4 mm. Cu toate acestea, pentru aplicațiile structurale care utilizează filete laminate, diametrul real al corpului șurubului poate fi ușor sub nominal. Verificați următoarele perechi ca bază:
- Șurubul M6 necesită șaibe ID ~6,4 mm, de obicei 12,5 mm sau 14 mm.
- Șurubul M12 necesită șaibe ID ~13mm, OD de obicei 23mm sau 28mm.
- Șurubul M20 necesită șaibe ID ~21mm, OD de obicei 36mm sau 40mm.
Selectarea unui OD supradimensionat răspândește forța de reacție pe o zonă mai mare, reducând presiunea de suprafață. Acest lucru este esențial atunci când prindeți flanșe din fibră de sticlă sau aluminiu moale, unde tensiunea de suprafață trebuie să rămână mai jos 100 MPa .
Configurațiile de stivuire și ratele lor de primăvară
Stivuirea transformă limita de performanță a unei singure mașini de spălat. Cele trei aranjamente fundamentale de stivuire produc identități complet diferite de deformare a sarcinii. O stivă paralelă înmulțește forța necesară pentru o anumită deformare, în timp ce o stivă în serie înmulțește deviația totală disponibilă pentru o anumită forță. Amestecarea acestora creează un sistem de arc progresiv cu un punct de genunchi în curbă.
Stivuire paralelă pentru forță sporită
Cuibărește șaibe identice unul în celălalt, toate orientate în același mod. Două șaibe în paralel dublează forța de ieșire pentru aceeași deformare. Cinci șaibe în paralel cvintuplesc forța. Cu toate acestea, frecarea dintre conurile imbricate crește histerezisul. În practică, un teanc de patru șaibe în paralel experimentează a pierdere prin frecare de aproximativ 6-8% comparativ cu înmulţirea liniară teoretică. Ungerea suprafețelor de împerechere cu pastă de bisulfură de molibden este necesară pentru o conversie previzibilă a cuplului la preîncărcare în stive paralele care depășesc trei șaibe.
Stivuire în serie pentru călătorii lungi
Alternați orientarea fiecărei șaibe astfel încât acestea să se opună. Două șaibe în serie dublează capacitatea totală de deformare la același nivel de forță. Un teanc de patru în serie asigură de patru ori călătoria. Acest aranjament este ideal pentru încărcarea sub tensiune a unei flanșe cu șuruburi care suferă de dilatare termică ciclică. Stiva acționează ca un arc conform, menținând sarcina de prindere peste un spațiu care se extinde și se contractă cu câțiva milimetri.
Stivuire mixtă pentru curbe progresive
Combinați un set de șaibe paralele cu un set de șaibe în serie. O configurație tipică este o stivă „triplu-paralelă, dublă serie”. Aceasta înseamnă trei șaibe imbricate împreună (paralel), apoi două dintre acele cuiburi triple opuse (serie). Curba arcului urmează inițial traseul rigid, cu forță mare a triplelor paralele. Dacă îmbinarea se separă ușor sub suprasarcină, opoziția seriei se cuplează, iar viteza arcului se înmoaie drastic, prevenind o creștere ascuțită a tensiunii șuruburilor care altfel ar cauza defecțiunea prin oboseală.
Selecția materialului și interfețele de coroziune
Metalul de bază al mașinii de spălat determină durata de viață a acesteia și rezistența la coroziune. Oțelul carbon standard (C67S, 1.5014) stins și revenit la 42-48 HRC acoperă majoritatea aplicațiilor de interior. Pentru șuruburi structurale în aer liber sau medii marine, este necesar oțel inoxidabil AISI 316 sau Inconel 718, dar acestea vin cu o reducere semnificativă a rigidității la tracțiune în comparație cu oțelul aliat pentru arc.
| Material | Gama de duritate | Temperatura maximă de funcționare | Rezistenta la coroziune |
|---|---|---|---|
| C67S (1.5014) | 42-48 HRC | 120°C (neplacat) | Scăzut (necesită acoperire) |
| 51CrV4 (1,8159) | 45-51 HRC | 180°C | Scăzut-Mediu |
| AISI 316 (1.4401) | ~35 HRC max | 280°C | Ridicat (rezistent la cloruri) |
| Inconel 718 | 36-44 HRC | 600°C | Excelent |
Nu împerecheați niciodată o șaibă Belleville din oțel carbon dur cu un șurub moale din oțel inoxidabil fără o șaibă plată întărită intermediară. Marginea conică a șaibei elastice va intra în suprafața lagărului șuruburilor, creând o creștere a tensiunii care inițiază fisuri de oboseală. O șaibă plată subțire, întărită la suprafață, cu un orificiu teșit, protejează raza filetului capului șurubului.
Setarea preîncărcării cu șaibe Belleville
Utilizarea cuplului pentru a seta preîncărcarea pe un stivă Belleville este nesigură deoarece deformarea arcului, nu cuplul, determină forța de strângere. Metoda corectă este de a calcula deformarea arcului la preîncărcarea dorită, apoi strângeți până se măsoară acea deformare fizică. Pentru o singură mașină de spălat seria B cu o cursă totală de 2,15 mm, ați putea viza 1,5 mm deflexie (70% din cursa) pentru a atinge sarcina plată nominală. Acest lucru este verificat cu un comparator sau cu un micrometru de adâncime care măsoară distanța dintre plăcile prinse. Dacă stiva de spălătorie este ascunsă, utilizați tensionarea hidraulică sau măsurați întinderea șuruburilor cu ultrasunete. Bazându-vă doar pe o cheie dinamometrică poate duce la împrăștierea preîncărcării ±25% , care depășește adesea domeniul de lucru elastic al mașinii de spălat.
Evitarea modurilor de eșec obișnuite
Defecțiunea prin oboseală începe de obicei la marginea interioară a șaibei, unde se concentrează tensiunile inelului de tracțiune în timpul compresiei. Penajarea suprafeței concave a spălării întârzie inițierea fisurilor. Asigurați-vă că suprafața rulmentului față de diametrul interior nu are bavuri ascuțite sau stropi de sudură. O bavură pe tija șurubului acționează ca o unealtă de tăiere, scorând orificiul șaibei și generând o origine a fracturii. Un alt eșec trecut cu vederea este stivuirea inversată. Dacă o singură șaibă este răsturnată accidental, îmbinarea își pierde complet funcția de arc și devine o îmbinare plată supusă slăbirii imediate. Marcați întotdeauna marginea exterioară a stivelor paralele cu un stilou de vopsea după asamblare, astfel încât o șaibă inversată să fie vizibilă în timpul inspecției.
Lista de verificare a aplicației pentru îmbinările cu vibrații mari
Înainte de a finaliza un design, verificați aceste cinci puncte. În primul rând, lungimea strânsă a șurubului trebuie să fie suficientă pentru ca deformarea șaibei să fie o fracțiune semnificativă din elasticitatea totală a îmbinării. În al doilea rând, mașina de spălat nu trebuie să fie aplatizată solid la sarcina maximă de serviciu. În al treilea rând, suprafața rulmentului trebuie să fie întărită sau protejată de o șaibă plată. În al patrulea rând, numărul de șaibe paralele nu trebuie să depășească patru fără a reduce frecarea. În al cincilea rând, materialul trebuie să reziste la limita superioară de temperatură a mediului fără să se piardă din temperatură. Lipsa oricăreia dintre aceste verificări compromite motivul fundamental al alegerii unei șaibe Belleville în detrimentul unei șaibe de blocare despicate, care își pierde tensiunea după o cantitate mică de încorporare.
