Задумывались ли вы когда-нибудь о важной роли скромной пружинной шайбы в оборудовании? Эти маленькие, неприметные компоненты играют важную роль в обеспечении бесперебойной и безопасной работы машин. В этой статье мы рассмотрим увлекательный мир пружинных шайб, их типы и различные области применения в машиностроении. Узнайте, как эти часто упускаемые из виду элементы вносят большой вклад в надежность и производительность бесчисленных машин и устройств.
В крепежной промышленности пружинные шайбы, также известные как "упругие шайбы" или "пружинные стопорные шайбы", играют важнейшую роль в обеспечении целостности соединений. Эти компоненты в основном изготавливаются из аустенитной нержавеющей стали (например, 304 или 316) или среднеуглеродистой стали (обычно SAE 1060-1075), причем на последнюю часто наносится защитное покрытие, например, цинковое, для повышения коррозионной стойкости.
Наиболее часто используемые метрические размеры пружинных шайб включают M3, M4, M5, M6, M8, M10, M12, M14 и M16. Эти размеры широко распространены в различных областях промышленности благодаря их совместимости со стандартными размерами болтов и винтов. Китайский национальный стандарт GB/T 94.1-87 регулирует спецификации пружинных шайб, охватывая полный диапазон размеров от 2 мм до 48 мм внутреннего диаметра.
Пружинные шайбы предназначены для создания несущей поверхности для головки болта или гайки, обеспечивая при этом дополнительную функциональность. Их разъемная кольцевая конструкция создает напряжение при сжатии, что помогает:
Важно отметить, что, несмотря на широкое применение пружинных шайб, их эффективность в предотвращении самоотвинчивания оспаривается в последних инженерных исследованиях. Для критически важных применений инженеры часто рассматривают альтернативные методы фиксации, такие как шайбы Nord-Lock или клей для фиксации резьбы.
Пружинные шайбы изготавливаются в основном из высокоэффективных сплавов, обеспечивающих оптимальную упругость и долговечность. К наиболее распространенным материалам относятся:
Выбор материала зависит от конкретных требований к применению, включая рабочую температуру, условия нагрузки, требования к коррозионной стойкости и соображения стоимости. Каждый материал обладает уникальными свойствами, которые можно использовать для оптимизации работы пружинных шайб в различных промышленных условиях.
Пружинные шайбы используются в основном для предотвращения откручивания гаек, как это предусмотрено национальными стандартами. Их применение крайне важно в различных механических узлах, особенно в тех, которые подвергаются динамическим нагрузкам.
Шестигранные шлицевые гайки специально разработаны для использования с болтами, имеющими торцевые отверстия. Такая конструкция позволяет вставлять шплинт через прорезь гайки в отверстие болта, эффективно предотвращая автоматическое ослабление. Такие гайки преимущественно используются в средах, характеризующихся вибрационными или переменными нагрузками, обеспечивая надежное крепление в сложных условиях.
В машиностроении и производстве используется несколько методов для предотвращения автоматического откручивания гаек или болтов:
Пружинные шайбы получили широкое распространение благодаря своей эффективности и простоте установки. Например, болты, соединяющие двигатели со станинами машин, обычно требуют применения пружинных шайб для противодействия ослаблению, вызванному вибрацией двигателя. Это применение подчеркивает способность шайб сохранять целостность крепежа в условиях повышенной вибрации.
Как правило, крепежные элементы на оборудовании, подверженном вибрации, оснащаются пружинными шайбами. Однако их использование на фланцах более избирательно. Решение о применении пружинных шайб на фланцах зависит от конкретной текучей среды и условий эксплуатации. Пружинные шайбы рекомендуются для фланцевых соединений, когда:
Важно отметить, что эти рекомендации не могут быть универсальными. Некоторые специализированные компоненты, например, некоторые клапаны и фланцы нажимной крышки заливной горловины, могут требовать применения пружинных шайб независимо от общих рекомендаций.
Для эффективного выбора подходящих пружинных шайб инженеры и технические специалисты могут воспользоваться автоматизированной системой Fastener Expert. Этот инструмент упрощает процесс выбора подходящей шайбы в соответствии с конкретными требованиями, обеспечивая оптимальную производительность и надежность механических узлов.
Пружинные и плоские шайбы служат для разных целей в крепеже, каждая из которых имеет свой набор преимуществ и ограничений. Пружинные шайбы, выполненные в виде разрезного кольца или волнообразной структуры, в первую очередь служат для предотвращения ослабления и поддержания силы предварительного натяжения в динамических условиях. Это достигается благодаря их способности накапливать и высвобождать энергию при сжатии, эффективно противодействуя ослаблению, вызванному вибрацией. В отличие от них, плоские шайбы не обладают такой способностью предотвращать ослабление.
Плоские шайбы, отличающиеся простой формой диска, выполняют множество важных функций:
В критических несущих соединениях, где жесткость соединения имеет первостепенное значение, например, в каркасах из конструкционной стали или высокопроизводительных двигателях, часто избегают использования пружинных шайб. Их сжимаемая природа может внести упругость в соединение, потенциально снижая его общую жесткость и несущую способность. В таких случаях предпочтительнее использовать плоские шайбы или фланцевые крепежные элементы, чтобы максимально увеличить площадь контакта и сохранить жесткость соединения.
Однако в областях применения, подверженных значительной вибрации, циклическим нагрузкам, тепловому расширению и сжатию, пружинные шайбы становятся незаменимыми. Их способность поддерживать напряжение в крепеже в динамических условиях помогает предотвратить усталостное разрушение и обеспечивает долговечность соединения. В качестве примера можно привести автомобильные подвески, крепления железнодорожных путей и промышленное оборудование.
Важно отметить, что выбор между пружинными и плоскими шайбами должен основываться на тщательном анализе требований к применению, включая характеристики нагрузки, факторы окружающей среды и соображения безопасности. В некоторых случаях для достижения оптимальной производительности и надежности крепежного соединения может использоваться комбинация обоих типов шайб.
Разбухание" пружинных шайб, как правило, не является дефектом, присущим самим шайбам, а скорее результатом воздействия внешних сил и условий сборки.
Явление разбухания пружинной шайбы возникает, когда шайба подвергается чрезмерным радиальным внешним усилиям. Эти силы возникают в основном из-за осевого зажимного усилия, создаваемого приложенным моментом затяжки при сборке. Величина этой силы имеет решающее значение для определения вероятности и степени разбухания.
Ключевым фактором, способствующим разбуханию пружинной шайбы, является геометрия сопрягаемых компонентов, в частности опорной поверхности гайки. Внешняя фаска на опорной поверхности гайки создает радиальную раскалывающую силу, которая может привести к увеличению отверстия пружинной шайбы. Зависимость между диаметром фаски и склонностью к разбуханию обратная: меньший диаметр фаски концентрирует усилие на меньшей площади, увеличивая вероятность и серьезность разбухания.
Для уменьшения разбухания инженеры часто используют плоскую шайбу между гайкой и пружинной шайбой. Этот дополнительный компонент помогает распределить нагрузку более равномерно, уменьшая сосредоточенные радиальные усилия. Однако эффективность такого решения зависит от свойств плоской шайбы. Если плоская шайба слишком тонкая или изготовлена из материала с недостаточной твердостью, она может деформироваться под нагрузкой и не сможет эффективно предотвратить разбухание пружинной шайбы.
Другой критической проблемой, затрагивающей пружинные шайбы, является разрушение от водородного охрупчивания. Этот тип разрушения обычно объясняется двумя основными факторами в процессе производства:
Эти выводы не являются чисто теоретическими, они были обоснованы в ходе обширных лабораторных испытаний и подтверждены многолетним практическим опытом применения в различных отраслях промышленности. Взаимосвязь свойств материалов, производственных процессов и условий сборки подчеркивает сложность обеспечения надежной работы пружинных шайб в критических областях применения крепежа.
Внутренняя зубчатая эластичная шайба, внешняя зубчатая эластичная шайба
По окружности расположено множество острых упругих зубцов, которые прокалывают опорную поверхность и предотвращают ослабление крепежа. Внутренняя зубчатая эластичная шайба используется под болт с меньшим размером головки; внешняя зубчатая эластичная шайба чаще всего используется под головку болта и гайку.
Зубчатая упругая шайба имеет меньший объем, чем обычная пружинная шайба, и на крепеж действует равномерное усилие, что позволяет надежно предотвратить ослабление, но не подходит для частого демонтажа.
Волновая пружинная шайба
Национальный стандарт: GB/T 7246-1987
Волновые пружинные шайбы делятся на типы WG, WL и WN.
Волновая пружинная шайба типа WG
Волновая пружинная шайба типа WG - это упругая шайба открытого типа, которая обычно может быть установлена в небольшом пространстве, например, для приложения предварительной нагрузки к подшипникам, снижения шума при работе подшипника, повышения точности хода и стабильности подшипников. Кроме того, она широко используется в электронике и электроприборах, с такими материалами, как углеродистая сталь, нержавеющая сталь и медный сплав.
Волновая пружинная шайба типа WL
Волновая пружинная шайба типа WL представляет собой упругую шайбу, которая обычно может быть установлена в небольшом пространстве, например, для приложения предварительной нагрузки к подшипникам, снижения шума при работе подшипников, повышения точности хода и стабильности подшипников. Кроме того, она широко используется в электронике и электроприборах, с такими материалами, как углеродистая сталь, нержавеющая сталь и медный сплав.
Волновая пружинная шайба типа WN
Волновая пружинная шайба типа WN представляет собой многослойную упругую шайбу с перекрывающимися волновыми пиками. По сравнению с типом WL, эта серия состоит из нескольких слоев материала, поэтому кривая значения K при одинаковом ходе сжатия более плоская, чем у типа WL, что подходит для ситуаций, когда упругость больше, и весь рабочий ход требует равномерного высвобождения упругости. Используемые материалы включают углеродистую сталь, нержавеющую сталь и медный сплав.
Тарельчатая пружинная шайба
Тарельчатая пружинная шайба, также известная как пружинная шайба Бельвиля, была изобретена французом Бельвилем. Тарельчатая пружинная шайба DIN6796 (серия HDS) предназначена для антиослабляющих шайб для болтовых и винтовых соединений.
Она разработана и изготовлена в соответствии с DIN 6796 и используется для соединения болтов и винтов средней и высокой прочности. Большая опорная нагрузка и эластичное восстановление делают серию HDS очень эффективной. Натяжение болта может выдерживать ослабление, вызванное износом уязвимых частей, ползучестью, релаксацией, тепловым расширением, усадкой или затягиванием уплотнительных деталей.
Серия HDS увеличивает упругость болтов в несколько раз и может эффективно заменить обычные пружинные шайбы, но не подходит для использования в качестве стопорной шайбы или комбинации с плоской шайбой.
Так как серия HDS представляет собой тарельчатые пружины, которые могут быть совмещены или наложены друг на друга, совмещение может увеличить деформацию группы тарельчатых пружин, а наложение может увеличить силу пружины группы тарельчатых пружин.
Идеальным способом установки является максимально плоское прижатие. Чем ближе к плоскому состоянию, тем быстрее увеличивается момент затяжки. Соответствующее натяжение болтов можно получить без динамометрического ключа.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO