การเลือกเครื่องซักผ้า Belleville อย่างถูกต้องจำเป็นต้องมีพารามิเตอร์สามตัวที่ตรงกับการใช้งานของคุณ: ซีรี่ส์ DIN (ซึ่งกำหนดเส้นโค้งแรง-โก่งตัว) ความหนาของวัสดุ และการกำหนดค่าการเรียงซ้อน . ข้อผิดพลาดทั่วไปคือถือว่าแหวนรองเหล่านี้เป็นสปริงสำหรับงานหนักธรรมดา ในความเป็นจริง พฤติกรรมของเครื่องซักผ้าเพียงเครื่องเดียวจะเปลี่ยนไปอย่างมากตามอัตราส่วนความสูงต่อความหนา การราบเครื่องซักผ้าให้เรียบต้องใช้แรงที่สูงกว่าภาระการโก่งตัวเริ่มแรกถึงสามเท่า ซึ่งมักจะนำไปสู่ความล้มเหลวของข้อต่อหากไม่ได้คำนึงถึงในขั้นตอนการออกแบบ
ทำความเข้าใจกับระบบซีรีส์ DIN EN 16983
เครื่องซักผ้า Belleville ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเดียวเหมาะกับทุกคน มาตรฐาน DIN 2093 แบบเดิมซึ่งขณะนี้รวมอยู่ใน DIN EN 16983 ได้แบ่งประเภทของเครื่องซักผ้าออกเป็นสามชุดที่แตกต่างกันตามอัตราส่วนขนาด ตัวอักษรประจำชุดจะบอกคุณโดยตรงถึงโปรไฟล์ความแข็งของเครื่องซักผ้า การใช้แหวนรองซีรีส์ A ในหน้าแปลนอะลูมิเนียมที่ละเอียดอ่อนจะทำให้เกิดการฝังตัวและการเสียรูป ในขณะที่แหวนรองซีรีส์ C อาจจ่ายภาระแคลมป์ตกค้างไม่เพียงพอเพื่อป้องกันการคลายตัวในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือน
| ลักษณะการโก่งตัวของโหลดตามซีรี่ส์ DIN EN 16983 | |||
| ซีรีส์ | อัตราส่วน h0/t (โดยประมาณ) | รูปร่างโค้งแรง | การใช้งานทั่วไป |
| ซีรีส์ A | ~0.4 | เกือบเป็นเส้นตรง มีกำลังสูง | ความสามารถในการรับน้ำหนักสูง พื้นที่จำกัด |
| ซีรีส์ B | ~0.75 | ก้าวหน้า มีมาตรฐาน | วิศวกรรมทั่วไป วัฏจักรความร้อน |
| ซีรีส์ C | ~1.3 | แบบถดถอย (ส่วนกลางเกือบแบน) | โหลดคงที่ตลอดช่วงการโก่งตัวที่กว้าง |
ซีรีส์ B ทำหน้าที่เป็นตัวช่วยสำหรับข้อต่อแบบสลักเกลียวส่วนใหญ่ที่ต้องการความต้านทานแรงสั่นสะเทือน เมื่อคุณทำให้เครื่องซักผ้า Series B เรียบจนเหลือ 75% ของการโก่งตัวทั้งหมด โหลดที่เพิ่มขึ้นจะมีเสถียรภาพและสามารถคาดเดาได้ แหวนรองซีรีส์ C เหมาะอย่างยิ่งกับสภาพแวดล้อมทางความร้อนแบบไดนามิก เนื่องจากสามารถดูดซับการขยายตัวตามแนวแกนได้อย่างมากจากสลักเกลียว โดยไม่ต้องเพิ่มแรงแคลมป์ให้มากพอที่จะหักตัวยึด
การคำนวณขนาดที่ถูกต้องของสลักเกลียว
รูปทรงทางกายภาพของแหวนรองต้องตรงกับก้านโบลต์และพื้นผิวเชื่อมต่อ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบสามมิติที่สำคัญ ขั้นแรก เส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของแหวนรองจะต้องล้างเส้นผ่านศูนย์กลางหลักของเกลียวโบลต์โดยมีช่องว่างน้อยที่สุด ความพอดีที่เลอะเทอะที่นี่ทำให้เกิดการโหลดที่ผิดปกติ ประการที่สอง เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแหวนรองจะกำหนดความเค้นของตลับลูกปืนบนวัสดุที่ยึด หากพื้นผิวใต้แหวนรองนุ่ม แรงอัดที่เกินจะนำไปสู่การคลายตัวของการฝัง ประการที่สาม ความหนาของเครื่องซักผ้าและความสูงของกรวยในสถานะไม่โหลดจะเป็นตัวกำหนดว่าคุณสามารถบีบอัดได้ไกลแค่ไหนก่อนที่มันจะแข็งตัว คุณไม่สามารถปล่อยให้เครื่องซักผ้า Belleville อยู่ในตำแหน่งราบภายใต้ภาระการทำงานปกติ คุณต้องเว้นระยะความปลอดภัยไว้อย่างน้อย 10-15% ของระยะโก่งตัวทั้งหมด เพื่อป้องกันการสัมผัสกันอย่างแน่นหนา
การจับคู่ ID เครื่องซักผ้ากับขนาด Bolt
ขนาดเมตริกมาตรฐานจะถูกจัดกลุ่มไว้ แหวนรองที่ออกแบบมาสำหรับสลักเกลียว M8 โดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในประมาณ 8.4 มม. อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานเชิงโครงสร้างโดยใช้เกลียวม้วน เส้นผ่านศูนย์กลางตัวสลักเกลียวจริงอาจต่ำกว่าค่าที่กำหนดเล็กน้อย ตรวจสอบการจับคู่ต่อไปนี้เป็นพื้นฐาน:
- สลักเกลียว M6 ต้องใช้แหวนรอง ID ~ 6.4 มม. โดยทั่วไป OD 12.5 มม. หรือ 14 มม.
- สลักเกลียว M12 ต้องใช้แหวนรอง ID ~ 13 มม. โดยทั่วไป OD 23 มม. หรือ 28 มม.
- สลักเกลียว M20 ต้องใช้แหวนรอง ID ~ 21 มม. โดยทั่วไป OD จะเป็น 36 มม. หรือ 40 มม.
การเลือก OD ขนาดใหญ่จะกระจายแรงปฏิกิริยาไปยังพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้น ส่งผลให้ความดันพื้นผิวลดลง นี่เป็นสิ่งสำคัญเมื่อจับยึดหน้าแปลนไฟเบอร์กลาสหรืออลูมิเนียมอ่อน โดยที่แรงเค้นพื้นผิวต้องอยู่ต่ำกว่า 100 เมกะปาสคาล .
การกำหนดค่าแบบซ้อนและอัตราสปริง
การเรียงซ้อนจะเปลี่ยนขอบเขตประสิทธิภาพของเครื่องซักผ้าเพียงตัวเดียว การจัดเรียงพื้นฐานทั้งสามแบบจะสร้างอัตลักษณ์การโก่งตัวของโหลดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง สแต็กแบบขนานจะคูณแรงที่จำเป็นสำหรับการโก่งตัวที่กำหนด ในขณะที่สแต็กอนุกรมจะคูณแรงโก่งทั้งหมดที่มีสำหรับแรงที่กำหนด การผสมสิ่งเหล่านี้จะสร้างระบบสปริงแบบโปรเกรสซีฟโดยมีจุดเข่าอยู่ในส่วนโค้ง
การซ้อนแบบขนานเพื่อเพิ่มแรง
วางแหวนรองที่เหมือนกันไว้ข้างในกันและกัน โดยทั้งหมดวางทิศทางในลักษณะเดียวกัน แหวนรองสองตัวขนานกันเป็นสองเท่าของแรงที่ปล่อยออกมาเพื่อการโก่งตัวที่เท่ากัน แหวนรองห้าตัวขนานกันเพิ่มแรงเป็นสองเท่า อย่างไรก็ตาม การเสียดสีระหว่างกรวยที่ซ้อนกันจะเพิ่มฮิสเทรีซิส ในทางปฏิบัติ การวางซ้อนเครื่องซักผ้าสี่ตัวในประสบการณ์แบบขนาน การสูญเสียแรงเสียดทานประมาณ 6-8% เปรียบเทียบกับการคูณเชิงเส้นทางทฤษฎี การหล่อลื่นพื้นผิวผสมพันธุ์ด้วยโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์เพสต์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการแปลงแรงบิดเป็นพรีโหลดที่คาดการณ์ได้ในสแต็กคู่ขนานที่มีแหวนรองมากกว่าสามตัว
Series Stacking สำหรับการเดินทางระยะไกล
สลับทิศทางของเครื่องซักผ้าแต่ละเครื่องเพื่อให้ตรงข้ามกัน แหวนรองสองตัวต่ออนุกรมกันเป็นสองเท่าของความสามารถในการโก่งตัวโดยรวมที่ระดับแรงเท่ากัน การเรียงซ้อนกันสี่ชุดจะให้การเดินทางสี่เท่า การจัดเรียงนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการโหลดหน้าแปลนแบบสลักเกลียวซึ่งมีการขยายตัวทางความร้อนแบบวงจร ปึกทำหน้าที่เหมือนสปริงที่เข้ากัน โดยรักษาภาระของแคลมป์ไว้เหนือช่องว่างที่ขยายและหดตัวหลายมิลลิเมตร
การซ้อนแบบผสมสำหรับเส้นโค้งแบบก้าวหน้า
รวมชุดแหวนรองแบบขนานเข้ากับชุดแหวนรองซีรีส์ การกำหนดค่าทั่วไปคือสแต็ก "สามขนาน ซีรีส์คู่" ซึ่งหมายความว่าเครื่องซักผ้าสามเครื่องซ้อนกัน (ขนาน) จากนั้นมีเครื่องซักผ้าสามเครื่องที่อยู่ตรงข้ามกัน (ชุด) เส้นโค้งสปริงเริ่มแรกจะเคลื่อนตัวไปตามเส้นทางที่แข็งและมีแรงสูงของทริปเปิ้ลขนาน หากข้อต่อแยกออกจากกันเล็กน้อยภายใต้การรับน้ำหนักมากเกินไป ข้อต่อแบบอนุกรมจะเข้าทำงาน และอัตราสปริงจะลดลงอย่างมาก ป้องกันไม่ให้เกิดแรงตึงของโบลต์ที่พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว มิฉะนั้นจะทำให้เกิดความเสียหายต่อความเมื่อยล้า
การเลือกวัสดุและส่วนต่อประสานการกัดกร่อน
โลหะฐานของเครื่องซักผ้าจะกำหนดอายุการใช้งานความล้าและความต้านทานการกัดกร่อน เหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐาน (C67S, 1.5014) ผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัวเป็น 42-48 เหล็กแผ่นรีดร้อน ครอบคลุมการใช้งานภายในอาคารส่วนใหญ่ สำหรับการโบลต์โครงสร้างกลางแจ้งหรือสภาพแวดล้อมทางทะเล จำเป็นต้องใช้เหล็กกล้าไร้สนิม AISI 316 หรือ อินโคเนล 718 แต่สิ่งเหล่านี้มาพร้อมกับค่าความต้านทานแรงดึงที่ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับเหล็กสปริงอัลลอยด์
| วัสดุ | ช่วงความแข็ง | อุณหภูมิในการทำงานสูงสุด | ความต้านทานการกัดกร่อน |
|---|---|---|---|
| C67S (1.5014) | 42-48 HRC | 120°C (ไม่ได้ชุบ) | ต่ำ (ต้องเคลือบ) |
| 51CrV4 (1.8159) | 45-51 เหล็กแผ่นรีดร้อน | 180°ซ | ต่ำ-ปานกลาง |
| เอไอเอส 316 (1.4401) | สูงสุด ~35 HRC | 280°ซ | สูง (ทนต่อคลอไรด์) |
| Inconel 718 | 36-44 เหล็กแผ่นรีดร้อน | 600°ซ | ยอดเยี่ยม |
ห้ามจับคู่แหวนรอง Belleville ที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนแข็งกับสลักเกลียวสแตนเลสแบบอ่อนโดยไม่มีแหวนรองแบนชุบแข็งระดับกลาง ขอบทรงกรวยของแหวนรองสปริงจะไหลเข้าไปในพื้นผิวลูกปืนของโบลต์ ทำให้เกิดตัวรับความเค้นที่ทำให้เกิดรอยแตกเมื่อยล้า แหวนรองแบนที่บางและชุบแข็ง พื้นผิว พร้อมรูลบมุมช่วยปกป้องรัศมีเนื้อหัวโบลท์
การตั้งค่าพรีโหลดด้วยแหวนรอง Belleville
การใช้แรงบิดเพื่อตั้งค่าพรีโหลดบนสแต็ก Belleville นั้นไม่น่าเชื่อถือ เนื่องจากการโก่งตัวของสปริง ไม่ใช่แรงบิด จะเป็นตัวกำหนดแรงแคลมป์ วิธีที่ถูกต้องคือการคำนวณการโก่งตัวของสปริงที่พรีโหลดที่ต้องการ จากนั้นขันให้แน่นจนกว่าจะวัดการโก่งตัวทางกายภาพ สำหรับเครื่องซักผ้า Series B เครื่องเดียวที่มีระยะเคลื่อนที่ทั้งหมด 2.15 มม. คุณอาจกำหนดเป้าหมายได้ ระยะโก่ง 1.5 มม. (70% ของระยะยุบตัว) เพื่อให้ได้โหลดแบบเรียบที่ได้รับการจัดอันดับ สิ่งนี้ได้รับการตรวจสอบด้วยไดอัลอินดิเคเตอร์หรือไมโครมิเตอร์วัดความลึกเพื่อวัดช่องว่างระหว่างเพลตที่ยึดไว้ หากซ่อนปล่องเครื่องซักผ้า ให้ใช้ระบบปรับความตึงไฮดรอลิกหรือวัดการยืดของโบลต์โดยใช้อัลตราโซนิก การใช้ประแจทอร์คเพียงอย่างเดียวอาจส่งผลให้พรีโหลดกระจายได้ ±25% ซึ่งมักจะเกินขอบเขตการทำงานแบบยืดหยุ่นของเครื่องซักผ้า
หลีกเลี่ยงโหมดความล้มเหลวทั่วไป
ความล้มเหลวจากความล้ามักจะเริ่มต้นที่ขอบด้านในของเครื่องซักผ้า โดยที่ห่วงแรงดึงจะเน้นไปที่ระหว่างการบีบอัด การขัดถูพื้นผิวเว้าของเครื่องซักผ้าทำให้การเริ่มรอยแตกร้าวช้าลง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวแบริ่งเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในไม่มีครีบคมหรือรอยเชื่อม เสี้ยนบนก้านโบลต์ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือตัด ให้คะแนนรูแหวนรองและสร้างต้นกำเนิดการแตกหัก ความล้มเหลวอีกอย่างหนึ่งที่ถูกมองข้ามคือการซ้อนแบบกลับด้าน หากมีการพลิกเครื่องซักผ้าเพียงเครื่องเดียวโดยไม่ได้ตั้งใจ ข้อต่อจะสูญเสียการทำงานของสปริงทั้งหมดและกลายเป็นข้อต่อแบนที่อาจเกิดการคลายตัวในทันที ทำเครื่องหมายขอบด้านนอกของชั้นขนานด้วยปากกาสีเสมอหลังการประกอบ เพื่อให้แหวนกลับด้านมองเห็นได้ชัดเจนในระหว่างการตรวจสอบ
รายการตรวจสอบการใช้งานสำหรับข้อต่อที่มีการสั่นสะเทือนสูง
ก่อนที่จะสรุปการออกแบบ ให้ตรวจสอบห้าประเด็นนี้ก่อน ขั้นแรก ความยาวของสลักเกลียวที่ยึดไว้ต้องเพียงพอเพื่อให้การโก่งตัวของแหวนรองเป็นส่วนสำคัญของความยืดหยุ่นของข้อต่อทั้งหมด ประการที่สอง เครื่องซักผ้าจะต้องไม่ราบเรียบอย่างมั่นคงที่ปริมาณการใช้งานสูงสุด ประการที่สาม พื้นผิวแบริ่งต้องแข็งหรือป้องกันด้วยแหวนรองแบบเรียบ ประการที่สี่ จำนวนแหวนรองแบบขนานไม่ควรเกินสี่อันโดยไม่ลดแรงเสียดทาน ประการที่ห้า วัสดุจะต้องทนทานต่อขีดจำกัดอุณหภูมิด้านบนของสภาพแวดล้อมโดยไม่เสียอารมณ์ การขาดการตรวจสอบข้อใดข้อหนึ่งเหล่านี้ไปกระทบต่อเหตุผลพื้นฐานในการเลือกเครื่องซักผ้า Belleville แทนแหวนรองแบบแยกล็อค ซึ่งจะสูญเสียความตึงเครียดหลังจากการฝังจำนวนเล็กน้อย
