Průvodce výběrem podložek Belleville: Dimenzování, série a stohování

Pochopení systému řady DIN EN 16983

Podložky Belleville nejsou univerzálním produktem. Původní norma DIN 2093, která je nyní převzata do normy DIN EN 16983, kategorizuje podložky do tří různých řad na základě jejich rozměrových poměrů. Sériové písmeno vám přímo říká profil tuhosti podložky. Použití podložky řady A v citlivé hliníkové přírubě způsobí usazení a deformaci, zatímco podložka řady C nemusí dodávat dostatečné zbytkové zatížení svorky, aby se zabránilo samovolnému uvolnění ve vibračním prostředí.

Série B slouží jako tahoun pro většinu šroubových spojů vyžadujících odolnost proti vibracím. Když podložku řady B srovnáte na 75 % její celkové dostupné deformace, nárůst zátěže je stabilní a předvídatelný. Podložky řady C jsou jedinečně vhodné pro dynamická tepelná prostředí, protože dokážou absorbovat významnou axiální expanzi ze šroubu, aniž by znásobily upínací sílu natolik, aby zaklapl spojovací prvek.

Výpočet správné velikosti pro šroub

Fyzická geometrie podložky musí odpovídat dříku šroubu a protilehlé ploše. To zahrnuje trojrozměrné kontroly. Za prvé, vnitřní průměr podložky se musí vyrovnat s hlavním průměrem závitu šroubu s minimální mezerou; nedbalé uložení zde způsobuje excentrické zatížení. Za druhé, vnější průměr podložky určuje namáhání ložiska na upnutý materiál. Pokud je povrch pod podložkou měkký, překročení meze kluzu v tlaku vede k relaxaci uložení. Za třetí, tloušťka podložky a výška kužele v nezatíženém stavu určují, jak daleko ji můžete stlačit, než ztuhne. Nemůžete dovolit, aby pračka Belleville dosáhla své ploché polohy při běžném provozním zatížení; musíte ponechat bezpečnostní rezervu alespoň 10-15% z celkové dráhy vychýlení aby se zabránilo pevnému kontaktu.

Přizpůsobení ID podložky velikosti šroubu

Standardní velikosti metrik jsou seskupeny. Podložka navržená pro šroub M8 má obvykle vnitřní průměr přibližně 8,4 mm. U konstrukčních aplikací využívajících válcované závity však může být skutečný průměr těla šroubu mírně pod jmenovitým. Jako základ zkontrolujte následující párování:

• Šroub M6 vyžaduje vnitřní podložku ~6,4 mm, vnější průměr obvykle 12,5 mm nebo 14 mm.
• Šroub M12 vyžaduje vnitřní podložku ~13 mm, vnější průměr obvykle 23 mm nebo 28 mm.
• Šroub M20 vyžaduje vnitřní podložku ~21 mm, vnější průměr obvykle 36 mm nebo 40 mm.

Volba nadměrného OD rozloží reakční sílu na větší plochu a sníží povrchový tlak. To je kritické při upínání přírub ze skelných vláken nebo měkkého hliníku, kde povrchové napětí musí zůstat nižší 100 MPa .

Konfigurace stohování a jejich jarní sazby

Stohování mění hranici výkonu jedné pračky. Tři základní stohovací uspořádání vytvářejí zcela odlišné identity zátěže a průhybu. Paralelní svazek násobí sílu potřebnou pro danou výchylku, zatímco sériový svazek násobí celkovou výchylku dostupnou pro danou sílu. Jejich smícháním vzniká progresivní pružinový systém s kolenním bodem v oblouku.

Paralelní stohování pro zvýšenou sílu

Vložte identické podložky do sebe, všechny orientované stejným způsobem. Dvě paralelní podložky zdvojnásobují výstupní sílu při stejném vychýlení. Pět paralelně umístěných podložek pětinásobně zvyšuje sílu. Tření mezi vnořenými kužely však zvyšuje hysterezi. V praxi se u sady čtyř podložek paralelně projeví a ztráta tření zhruba 6-8% ve srovnání s teoretickým lineárním násobením. Mazání spojovacích povrchů pastou ze sulfidu molybdeničitého je nezbytné pro předvídatelnou konverzi točivého momentu na předpětí v paralelních svazcích přesahujících tři podložky.

Stohování sérií pro dlouhé cestování

Střídejte orientaci každé podložky tak, aby byly proti sobě. Dvě podložky v sérii zdvojnásobují celkovou kapacitu průhybu při stejné úrovni síly. Stoh čtyř v sérii poskytuje čtyřnásobný zdvih. Toto uspořádání je ideální pro živé zatížení šroubované příruby s cyklickou tepelnou roztažností. Stoh se chová jako poddajná pružina, která udržuje svěrné zatížení přes mezeru, která se rozšiřuje a smršťuje o několik milimetrů.

Smíšené stohování pro progresivní křivky

Kombinujte sadu paralelních podložek se sadou sériových podložek. Typickou konfigurací je „triple-paralelní, dvouřadý“ zásobník. To znamená tři podložky vnořené dohromady (paralelně), potom dvě z těchto trojitých hnízd proti sobě (série). Pružinová křivka zpočátku sleduje tuhou dráhu vysoké síly paralelních trojic. Pokud se spoj při přetížení mírně oddělí, sériová opozice se zapojí a síla pružiny drasticky změkne, čímž se zabrání prudkému nárůstu napětí šroubu, který by jinak způsobil únavové selhání.

Rozhraní pro výběr materiálu a korozi

Základní kov podložky určuje její únavovou životnost a odolnost proti korozi. Standardní uhlíková ocel (C67S, 1.5014) kalená a temperovaná na 42-48 HRC pokrývá většinu vnitřních aplikací. Pro venkovní konstrukční šroubování nebo námořní prostředí je vyžadována nerezová ocel AISI 316 nebo Inconel 718, ale ty mají ve srovnání s legovanou pružinovou ocelí výrazné snížení tuhosti v tahu.

Nikdy nespárujte podložku Belleville z tvrdé uhlíkové oceli s měkkým šroubem z nerezové oceli bez mezilehlé tvrzené ploché podložky. Kónická hrana pružné podložky se zadří do dosedací plochy šroubu, čímž se vytvoří napětí, které vyvolá únavové trhliny. Tenká, povrchově kalená plochá podložka se zkoseným otvorem chrání poloměr zaoblení hlavy šroubu.

Nastavení předpětí pomocí podložek Belleville

Použití krouticího momentu k nastavení předpětí na stohu Belleville je nespolehlivé, protože upínací sílu určuje průhyb pružiny, nikoli krouticí moment. Správná metoda je vypočítat průhyb pružiny při požadovaném předpětí a poté utahovat, dokud nebude změřena fyzická průhyb. Pro jednu podložku řady B s celkovým zdvihem 2,15 mm můžete cílit 1,5 mm průhyb (70 % zdvihu) k dosažení jmenovitého plošného zatížení. To se ověřuje číselníkovým úchylkoměrem nebo hloubkovým mikrometrem měřícím mezeru mezi upnutými deskami. Pokud je stoh podložek skrytý, použijte hydraulické napnutí nebo změřte natažení šroubu ultrazvukem. Spoléhání se pouze na momentový klíč může mít za následek rozptyl předpětí ±25 % , což často přesahuje elastický pracovní rozsah podložky.

Vyhýbání se běžným poruchovým režimům

Únavové selhání obvykle začíná na vnitřním okraji podložky, kde se soustřeďují tahová napětí během stlačení. Brokování konkávního povrchu podložky zpomaluje iniciaci trhlin. Ujistěte se, že dosedací plocha proti vnitřnímu průměru je bez ostrých otřepů nebo rozstřiků po svařování. Otřepy na dříku šroubu působí jako řezný nástroj, rýhují vrtání podložky a vytvářejí počátek lomu. Dalším přehlíženým selháním je obrácené stohování. Pokud dojde k náhodnému překlopení jediné podložky, spoj zcela ztratí svou pružinovou funkci a stane se plochým spojem, který se okamžitě uvolní. Po sestavení vždy označte vnější okraj paralelních stohů malířským perem, aby byla obrácená podložka při kontrole vizuálně zřejmá.

Kontrolní seznam aplikace pro vysokovibrační spoje

Před dokončením návrhu ověřte těchto pět bodů. Za prvé, upnutá délka šroubu musí být dostatečná, aby průhyb podložky byl smysluplným zlomkem celkové elasticity spoje. Za druhé, podložka nesmí být při maximálním provozním zatížení zploštělá. Za třetí, dosedací plocha musí být vytvrzena nebo chráněna plochou podložkou. Za čtvrté, počet paralelních podložek by neměl překročit čtyři bez snížení tření. Za páté, materiál musí odolat horní hranici teploty prostředí bez ztráty nálady. Chybějící některá z těchto kontrol ohrožuje základní důvod pro výběr podložky Belleville před dělenou pojistnou podložkou, která ztrácí napětí po malém množství zapuštění.