Prenosová linka s parným plášťom sa cykluje z teploty okolia na 160 C štyrikrát denne. Upchávkové skrutky boli pri uvedení do prevádzky dotiahnuté podľa špecifikácie, no na konci prvého týždňa je balenie uplakané. Nič sa neuvoľnilo. Spoj sa jednoducho skrátil o niekoľko stotín milimetra, pretože tesnenie a tesnenie sa vplyvom tepla uvoľnia a plochá podložka nemôže tento pohyb sledovať. Belleville jarná plechovka.
Táto kombinácia krátkeho zdvihu a vysokej sily je dôvodom, prečo sa kužeľové kotúčové podložky objavujú na krytoch ventilov, prírubových skrutkách, zostavách sedadiel a odľahčovacej lište oveľa častejšie, ako zaznamenáva väčšina záznamov údržby. Ich správne určenie spočíva v niekoľkých rozmeroch a dvoch rozhodnutiach o vrstvení a väčšina zlyhaní v teréne sa spája s jedným z tých, ktoré boli preskočené.
Aká Belleville Spring vlastne je
Bellevilleova pružina je tlačná pružina v tvare podložky, vytvorená ako plytký zrezaný kužeľ. Pri axiálnom zaťažení sa kužeľ splošťuje: vychýlenie na disk je zvyčajne výrazne pod milimeter, zatiaľ čo sila, ktorú prenáša, je veľká vzhľadom na výšku, ktorú zaberá. Väčšina priemyselných špecifikácií sa riadi normou DIN 2093, ktorá stanovuje rozmerový rad, skupiny tolerancie hrúbky a stav materiálu.
Súčiastku popisujú štyri hodnoty: vonkajší priemer, vnútorný priemer, hrúbka materiálu t a výška kužeľa h. Od nich sa odvíja všetko ostatné, vrátane tvaru krivky zaťaženia a únavového správania.
Definícia: Bellevilleova pružina, tiež nazývaná kužeľová tanierová pružina alebo tanierová podložka, ukladá elastickú energiu sploštením zrezaného kužeľa. Pomer h/t, výška kužeľa delená hrúbkou materiálu, určuje jeho správanie pri zaťažení a priehybe takmer sám.
| Charakteristický | Kotúčová pružina Belleville | Špirálová tlačná pružina | Plochá podložka |
| Sila v malom stacku | Vysoké, často kilonewtony na disk | Stredná, vyžaduje voľnú dĺžku | žiadne |
| Cestovanie za prvok | Malé, zvyčajne 0,2 až 1,0 mm | Veľké, desiatky milimetrov | nula |
| Typický režim zlyhania | Únavová trhlina, strata zaťaženia po relaxácii | Vzper, trvalá súprava | Uvoľnenie, odieranie |
| Typická prevádzka ventilu | Zaťaženie uzávierky, napájanie sedla, skrutkové spoje | Nastavený tlak poistného ventilu, spätný chod pohonu | Rozloženie zaťaženia pod hlavami skrutiek |
Prečítajte si krivku zaťaženia a deformácie predtým, ako zvolíte pomer h/t
Pomer h/t rozhoduje o tvare krivky zaťaženia a priehybu, a teda o úlohe, ktorú pružina môže vykonať.
Pri h/t blízko 0,4 je krivka blízka priamke: zdvojnásobenie vychýlenia zhruba zdvojnásobí silu. Vďaka tomu je aritmetika dimenzovania jednoduchá a vyhovuje skrutkovým spojom, kde je pracovný zdvih malý a vopred známy.
Pri h/t blízko 0,75 sa krivka splošťuje v strede svojej dráhy. Sila sa mení len veľmi málo naprieč vychyľovacím pásom, ktorý môže byť široký niekoľko desatín milimetra, čo je presne to, čo potrebuje upchávka s aktívnym zaťažením: upchávka sa uvoľní, kotúč sa mierne uvoľní a napätie na tesnení zostane vo vnútri tesniaceho okienka namiesto toho, aby sa zrútilo.
Zhruba nad 1,3 sa krivka otočí a kotúč sa dostane do zápornej tuhosti. Toto správanie je skutočné a užitočné v mechanizmoch s nadmerným stredom, ale pod skrutkou je riskantné: disk, ktorý preskočí, sa môže prevrátiť a stratiť predpätie pri jedinej tepelnej odchýlke. Keď tím údržby hlási, že sa stoh vyprázdnil bez viditeľného dôvodu, skontrolujte h/t predtým, ako obviňujete postup krútiaceho momentu.
Stohovanie: Ako sériové a paralelné konfigurácie menia zaťaženie a jazdu
Paralelné stohovanie znásobuje silu a sériové stohovanie znásobuje cestovanie a žiadny stoh nerobí oboje naraz bez toho, aby za to zaplatil výšku.
Vložené v rovnakom smere sa n kotúčov správa ako jeden tuhší prvok: sila je n-krát jeden kotúč, pričom dráha zostáva rovnaká. Striedavo tvárou k sebe, rovnakých n diskov prejde n-krát tak ďaleko, ale prenesie len silu jedného disku. Kombinované skupiny, napríklad dve paralelné sady umiestnené v sérii, znásobujú obe hodnoty za cenu vyššej kapsy a väčšieho trecieho rozhrania.
Paralelný zásobník
- Sila vynásobená počtom diskov
- Cesta rovná jednému disku
- Užitočné pre vysoké predpätie v plytkom vrecku
- Trenie rýchlo stúpa s počítaním
Zásobník sérií
- Cestovanie vynásobené počtom diskov
- Sila rovná jednému disku
- Užitočné pre tepelný pohyb a relaxáciu
- Mäkšia rýchlosť, dlhšia inštalovaná výška
Trenie je tichá premenná. Každé rozhranie medzi diskom a diskom stráca medzi nakladacím a vykladacím zdvihom približne 2 až 5 percent nominálnej sily, takže desaťdiskový zväzok môže vykazovať značnú hysterézu a suchý zväzok môže čítať hlboko pod katalógovou krivkou. Namazané zásobníky utiahnu tento rozptyl, hoci mazivo musí byť kompatibilné s procesnou kvapalinou, ak pružina sedí vo vnútri mokrej hranice.
Kde podložky Belleville robia skutočnú prácu v hardvéri ventilov a potrubí
Vo ventilových a potrubných zostavách sa pružiny Belleville objavujú na troch miestach: skrutkové spoje, ktoré sa zahrievajú, tesniace upchávky, ktoré musia udržiavať konštantné napätie, a komponenty sedla, ktoré potrebujú ľahký a nepretržitý tlak.
- Zaťaženie uzávierky a kapoty. Krátky zväzok pod každou maticou upchávky udržuje napätie tesnenia v úzkom páse, keď sa ventil zahrieva a ochladzuje. Dva až štyri kotúče v sérii zvyčajne pokrývajú dráhu na parnom ventile.
- Prírubové skrutkové spoje. Nesúlad tepelnej rozťažnosti medzi rúrou z uhlíkovej ocele a nerezovými čapmi je klasickým uvoľňovacím mechanizmom a zväzok diskov kompenzuje bez potreby dlhšieho čapu.
- Energizácia sedadla. V guľových a škrtiacich ventiloch tlačí ľahká kotúčová alebo vlnová pružina sedlo proti uzáveru pri nízkom rozdielovom tlaku, potom procesný tlak prevezme tesniacu záťaž.
- Predpätie pohonu a ložiska. Štvrťotáčkové prevodovky a elektrické pohony používajú malé zostavy na odstránenie axiálnej vôle z hnacieho ústrojenstva.
- Odľahčovacie trimovanie a pilotné stupne. Stabilita nastaveného tlaku závisí od konštantnej rýchlosti pružiny a niektoré konštrukcie pilotov používajú zväzky diskov, kde by špirálová pružina stála príliš vysoko.
Poruchový vzor, ktorý sa najčastejšie prejavuje pri vysokoteplotných guľových ventiloch, je sedlo, ktoré tesní za studena a plače horúco. Vložka sedadla rastie, pružina pod ňou musí absorbovať pohyb a poddimenzovaná alebo uvoľnená pružina stráca kontaktný tlak presne vtedy, keď proces dosiahne teplotu. Ventil skonštruovaný pre túto úlohu by mal špecifikovať materiál pružiny sedadla a dostupnú dráhu, a nie ponechať to na všeobecnú časť.
Pneumatický vysokoteplotný guľový ventil VATTEN Vysokoteplotný pneumatický guľový ventil s predĺženou konzolou a odvodom tepla, ktorý je dôležitý, keď materiál pružiny sedadla a dráha musia vyhovovať tepelnému pohybu. Zobraziť produkt → Rovnaké zdôvodnenie platí pre guľové ventily s kovovým sedlom v brúsnej prevádzke, kde pružina sedla musí prežiť tepelný pohyb a súčasne vniknúť častice. Naša vlastná poznámka na guľové ventily s kovovým sedlom v extrémnych prevádzkových podmienkach podrobnejšie prechádza nákladnou dráhou.
Na strane odľahčenia je pružina kalibračným prvkom. Pružinový poistný ventil udržuje nastavený tlak len dovtedy, kým je tuhost pružiny stabilná, takže puzdro pružiny, jej vodidlá a všetky pomocné kotúčové prvky si zaslúžia rovnakú kontrolu ako sedlo a kotúč.
Pružinový plne zdvihnutý uzavretý bezpečnostný ventil Pružinový poistný ventil na ochranu proti pretlaku, s prevádzkovými limitmi A42Y-C a A42Y-P/R a rozmerovými tabuľkami PN/DN na výber. Zobraziť produkt → Praktické pravidlo z práce v teréne: ak sa spoj posunie o viac ako 0,1 mm medzi studeným a horúcim, alebo sa skrutka uvoľní o viac ako 5 percent počas prvého týždňa, obyčajná podložka je nesprávna časť a krátky zväzok kotúčov to zvyčajne opraví bez prepracovania čapu.
Detaily materiálu, povrchovej úpravy a tolerancie, ktoré rozhodujú o životnosti
O tom, či disk prežije milión cyklov alebo praskne pri desiatich tisícoch, rozhoduje kvalita materiálu, stav hrán a prednastavená úprava a záleží na nich viac ako na katalógovej nosnosti.
| Materiál | Vedenie teploty | Odolnosť proti korózii | Typické použitie |
| Pružinová oceľ 50CrV4 alebo 51CrV4 | Do cca 250 C so znížením výkonu | Nízka, vyžaduje pokovovanie | Všeobecné priemyselné skrutky a upchávky |
| 301 nerez | Do cca 200 C | Mierne | Voda, potraviny a ľahké chemické látky |
| 17-7PH precipitačné vytvrdzovanie nerez | Až do cca 350 C | Dobre | Vysoké cykly únavy, čistejší servis |
| Inconel X-750 | Až do cca 600 C | Vysoká | Obloženie pary, výfuku a horúceho ventilu |
Štyri detaily procesu nesú väčšinu zostávajúceho rizika:
- Zaoblenie hrán, ktoré odstraňuje ostrý roh, kde bežne začínajú únavové trhliny.
- Shot peening, ktorý stláča povrch a výrazne zvyšuje únavovú životnosť cyklistických dielov.
- Prednastavenie na pevnú výšku, ktoré odstraňuje zvyškové napätie a stabilizuje výšku kužeľa pred odoslaním dielu.
- Povrchová úprava, či už fosfátovanie, zinkové vločky alebo PTFE, zvolená pre kontrolu trenia, ako aj pre koróziu.
Predvoľba nie je v cyklistickej službe voliteľná. Disk, ktorý bol raz stlačený na plnú výšku, si udrží svoju výšku kužeľa oveľa lepšie ako ten, ktorý nie, a preskočenie kroku sa zvyčajne javí ako niekoľko percent straty zaťaženia počas prvých sto cyklov, dlho predtým, ako je viditeľná akákoľvek únavová trhlina.
Praktická výberová sekvencia
Pracujte podľa zaťaženia, ktoré musí spoj udržať, nie podľa najbližšej katalógovej stránky.
- Definujte pásmo zaťaženia. Uveďte minimálne napätie, ktoré musí spoj utesniť, a maximálne, ktoré znesie kovanie, potom veľkosť do stredu okna.
- Zmerajte pohyb. Tepelná rozťažnosť, uvoľnenie tesnenia a tečenie sa pridávajú k dráhe, ktorú musí pružina absorbovať. Ak je číslo menšie ako 0,2 mm, zvyčajne stačí jeden kotúč.
- Vyberte disk a pomer. Zvoľte h/t blízko 0,4 pre predvídateľnú rýchlosť alebo blízko 0,75, keď na konštantnej sile naprieč dráhou záleží viac ako na tuhosti.
- Rozhodnite o zásobníku. Séria pre jazdu, paralelná pre silu a kombinované skupiny len vtedy, keď to výška vrecka umožňuje.
- Skontrolujte stres a prostredie. Potvrďte, že vypočítané napätie leží pod limitom únavy materiálu pri prevádzkovej teplote a že pokovovanie alebo mazivo prežije procesnú kvapalinu.
Často kladené otázky
Sú podložky a tanierové pružiny Belleville to isté?
áno. Belleville podložka, kužeľová tanierová pružina a tanierová pružina opisujú tú istú časť zrezaného kužeľa a nemecká norma DIN 2093 používa termín Tellerfeder. Pomenovanie sa líši podľa regiónu a katalógu dodávateľov, ale rozmery a správanie pri zaťažení sa riadia rovnakými pravidlami.
Môže stohovanie zdvihnúť náklad aj pojazd naraz?
Nie s rovnakými diskami v jednoduchom stohu. Paralelné skupiny znásobujú silu a sériové skupiny znásobujú pohyb, takže zdvíhanie oboch vyžaduje kombinované skupiny a vyššiu kapsu. Dva paralelné páry umiestnené v sérii napríklad zdvojnásobia obe hodnoty v porovnaní s jedným kotúčom, a to v štvornásobku inštalovanej výšky.
Aké veľké trenie je normálne v komíne?
Zhruba 2 až 5 percent nominálnej sily na rozhranie na suchom komíne, čo sa prejavuje ako rozdiel medzi krivkou nakladania a vykladania. Mazanie znižuje rozptyl a účinok je dostatočne malý pre väčšinu skrutkových spojov, keď sa zohľadní vo výpočtoch a nie v prevádzke.
Potrebujú tanierové pružiny po inštalácii opätovné utiahnutie?
Menej často ako ploché podložky, ale prvý tepelný cyklus stále hýbe vecami. Skontrolujte zaťaženie skrutiek raz po dosiahnutí prevádzkovej teploty systému a znova po prvom týždni; prednastavený zásobník so správnou veľkosťou sa odvtedy normálne drží v rozmedzí niekoľkých percent.
