Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Пружина шайбообразной формы.
Type of spring shaped like a washer
Шайба Бельвиля, также известная как коническая дисковая пружина, коническая пружинная шайба, дисковая пружина, пружина Бельвиля или вогнутая пружинная шайба, представляет собой коническую оболочку, которая может быть нагружена по своей оси как статически, так и динамически. Шайба Бельвиля – это тип пружины, имеющий форму шайбы. Именно форма, усеченный конус, придает шайбе ее характерные пружинные свойства. Название "Бельвиль" происходит от имени изобретателя Жюльена Бельвиля, который в 1867 году в Дюнкерке, Франция, запатентовал конструкцию пружины, уже содержащую принцип дисковой пружины. Истинный изобретатель шайб Бельвиля неизвестен. За прошедшие годы было разработано множество профилей для дисковых пружин. Сегодня наиболее часто используются профили с контактными площадками и без них, в то время как некоторые другие профили, такие как дисковые пружины с трапециевидным поперечным сечением, утратили свою актуальность.
A Belleville washer, also known as a coned disc spring, conical spring washer, disc spring, Belleville spring or cupped spring washer, is a conical shell which can be loaded along its axis either statically or dynamically. A Belleville washer is a type of spring shaped like a washer. It is the shape, a cone frustum, that gives the washer its characteristic spring. The "Belleville" name comes from the inventor Julien Belleville who in Dunkerque, France, in 1867 patented a spring design which already contained the principle of the disc spring. The real inventor of Belleville washers is unknown. Through the years, many profiles for disc springs have been developed. Today the most used are the profiles with or without
contact flats, while some other profiles, like disc springs with trapezoidal cross section, have lost importance.
Складывание
Несколько шайб Бельвиля могут быть сложены для изменения жесткости (или коэффициента упругости) или величины прогиба. Складывание в одном направлении увеличивает общую жесткость параллельно, создавая более жесткое соединение (при том же прогибе). Складывание в противоположных направлениях эквивалентно последовательному соединению обычных пружин, что приводит к уменьшению жесткости и увеличению прогиба. Комбинирование направлений позволяет спроектировать необходимую жесткость и величину прогиба. Как правило, если n дисковых пружин сложены параллельно (ориентированы в одном направлении), то прогиб всей стопки равен прогибу одной дисковой пружины, деленному на n. Следовательно, для достижения того же прогиба, что и у одной дисковой пружины, необходимо приложить нагрузку в n раз большую, чем к одной пружине. С другой стороны, если n шайб сложены последовательно (ориентированы в противоположных направлениях), то прогиб равен прогибу одной шайбы, умноженному на n, а нагрузка, которую необходимо приложить ко всей стопке для достижения того же прогиба, что и у одной дисковой пружины, должна быть равна нагрузке на одну дисковую пружину, деленной на n.
Multiple Belleville washers may be stacked to modify the spring constant (or spring rate) or the amount of deflection. Stacking in the same direction will add the spring constant in parallel, creating a stiffer joint (with the same deflection). Stacking in an alternating direction is the same as adding common springs in series, resulting in a lower spring constant and greater deflection. Mixing and matching directions allow a specific spring constant and deflection capacity to be designed. Generally, if n disc springs are stacked in parallel (facing the same direction), standing the load, the deflection of the whole stack is equal to that of one disc spring divided by n, then, to obtain the same deflection of a single disc spring the load to apply has to be n times that of a single disc spring. On the other hand, if n washers are stacked in series (facing in alternating directions), standing the load, the deflection is equal to n times that of one washer while the load to apply at the whole stack to obtain the same deflection of one disc spring has to be that of a single disc spring divided by n.
Оценка эффективности
В параллельном стеке возникает гистерезис (потери на трение) из-за трения между пружинами. Гистерезисные потери могут быть полезны в некоторых системах благодаря дополнительной демпфирующей способности и рассеиванию энергии вибрации. Эти потери на трение можно рассчитать, используя методы гистерезиса. В идеале, параллельно не следует размещать более 4 пружин. Если требуется большая нагрузка, необходимо увеличить коэффициент запаса прочности, чтобы компенсировать потерю нагрузки из-за трения. Потери на трение не являются существенной проблемой в последовательных стеках. В последовательном стеке отклонение не является строго пропорциональным количеству пружин. Это связано с эффектом "достижения упора", когда пружины сжимаются до полной плоскости, поскольку площадь контакта увеличивается при отклонении пружины более чем на 95%. Это уменьшает плечо момента, и пружина оказывает большее сопротивление. Гистерезис можно использовать для расчета прогнозируемых отклонений в последовательном стеке. Количество пружин, используемых в последовательном стеке, не так критично, как в параллельном, хотя обычно высота стека не должна превышать трехкратного внешнего диаметра дисковой пружины. Если избежать более высокого стека невозможно, его следует разделить на 2 или, возможно, 3 частичных стека с соответствующими шайбами. Эти шайбы должны быть максимально точно направлены. Как уже упоминалось, шайбы Belleville удобны для регулировки, поскольку можно заменять пружины разной толщины, и их можно сконфигурировать для обеспечения практически бесконечной регулировки жесткости пружины, занимая при этом небольшое место в ящике с инструментами техника. Они идеально подходят для ситуаций, когда требуется большая пружинная сила при минимальной свободной длине и сжатии до достижения твердой высоты. Однако их недостатком является вес, и их диапазон перемещения значительно ограничен по сравнению с обычной винтовой пружиной, когда свободная длина не является проблемой. Волновая шайба также действует как пружина, но волновая шайба сопоставимого размера не создает столько же силы, как шайба Belleville, и ее нельзя складывать последовательно.
In a parallel stack, hysteresis (load losses) will occur due to friction between the springs. The hysteresis losses can be advantageous in some systems because of the added damping and dissipation of vibration energy. This loss due to friction can be calculated using hysteresis methods. Ideally, no more than 4 springs should be placed in parallel. If a greater load is required, then factor of safety must be increased in order to compensate for loss of load due to friction. Friction loss is not as much of an issue in series stacks. In a series stack, the deflection is not exactly proportional to the number of springs. This is because of a bottoming out effect when the springs are compressed to flat as the contact surface area increases once the spring is deflected beyond 95%. This decreases the moment arm and the spring will offer a greater spring resistance. Hysteresis can be used to calculate predicted deflections in a series stack. The number of springs used in a series stack is not as much of an issue as in parallel stacks even if, generally, the stack height should not be greater than three times the outside diameter of the disc spring. If it is not possible to avoid a longer stack, then it should be divided into 2 or possibly 3 partial stacks with suitable washers. These washers should be guided as exactly as possible. As previously said, Belleville washers are useful for adjustments because different thicknesses can be swapped in and out and they can be configured to achieve essentially infinite tunability of spring rate while only filling up a small part of the technician's tool box. They are ideal in situations where a heavy spring force is required with minimal free length and compression before reaching solid height. The downside, though, is weight, and they are severely travel limited compared to a conventional coil spring when free length is not an issue. A wave washer also acts as a spring, but wave washers of comparable size do not produce as much force as Belleville washers, nor can they be stacked in series.