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彈簧設計需求

 


定義彈簧設計的需求

波形彈簧的應用是極其多樣化的,下列為慣用的基本常規,可協助您決定選用標準品或訂製品。

 使用空間
使用空間通常是指波簧在孔內或軸上的工作位置。波簧承載面之間的距離決定了軸向的作動空間或工作高度。

 負荷需求
波簧的荷重是藉由彈簧本身的工作高度與軸向施力所產生的。有些應用場合有兩個或更多個工作高度的需求,則必須將其列為設計的重點,尤其是有堆疊所產生的公差時,以最小負荷及最大負荷做為設計的考量是不錯的解決方案。

 使用環境
高溫場合、動態應用(疲勞度)、腐蝕物質或其他特殊的應用環境及條件都必須列入評估。對於各種不同的使用環境,最好的方法就是選擇最理想的原材料和作用應力,才能使彈簧發揮最佳效用。


 



有關應力上的需知

 工作應力
波形彈簧被壓縮時,會產生類似ㄇ字型懸梁(simple beam)一樣的彎曲應力,在彈簧屈服或失去功能前,這些壓縮應力與拉伸應力會反制彈簧的壓縮。儘管彈簧失去功能是不被接受的,但在負重及壓縮過程中,隨著時間的流逝會迫使彈簧逐漸鬆弛或喪失功能。

 最大設計應力
『靜態應用』由於Smalley的產品是使用硬扁線的最小拉伸度,所以利用本型錄中材料部分的最
小抗拉強度來計算近似的屈服強度。設計靜態使用的彈簧時,建議計算的工作應力不要超過最小抗拉強度。但是某些屈服強度允許的應用場合,工作應力會超過最小抗拉強度。設計的考量因素包含固定損耗、鬆弛度、負荷以及自由高的減少。
『動態應用』當波簧被設計為動態應用時,建議工作應力的計算不要超過最小抗張強度的80%。請參閱疲勞應力公式與下列表來設計彈簧。

     

 殘留應力/預壓 (Residual Stress/Pre-setting)
藉由大於彈簧本身屈服點的力量或預壓,可以達到提升彈簧的負荷能力和疲勞壽命。彈簧預壓是指製造出比實際需求高的自由高和和負荷,再壓縮到密實的過程;自由高和負荷都降低時,材料的表面會出現殘留應力,因而提升了彈簧的使用性能。

 疲勞度 (Fatigue)
疲勞週期是設計波簧的重要考量因素以及決定波簧位移(deflect)的準確度、和關乎彈簧的價格高低。分析時應考量彈簧是一次完全位移、每個週期僅千分之幾的位移、還是因為零件損耗和溫度變化而產生的位移。 表2的疲勞參考資料,是用傳統的方法來計算兩個工作高度間的疲勞週期。雖然這些疲勞分析能夠計算很接近的數值,但因彈簧的疲勞壽命至關重要,仍建議以實測為準。

 負荷/位移 (Load / Deflection)
比較彈性係數實際值與理論值可得知彈簧作用的限制範圍。請參照彈簧設計章節所附的位移公式來計算彈簧係數(P/f)。下圖為彈簧係數實際值與理論值曲線圖;其顯示出,直到彈簧被壓至最低點或密實高度之前,理論值與實測值是相當一致的。

     

 遲滯現象 (Hysteresis)
波形彈簧有負載時所發揮的力量會比沒有負載時的力量大,這種現象稱為遲滯現象。如下圖兩條曲線之間的陰影說明了何謂遲滯現象。單層波圈在圓周方向或徑向作動時會產生摩擦力。對頂波簧及多層波簧其相鄰層的部位也會產生摩擦耗損,充分地潤滑可將損耗降到最低。
        

 

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■ 波形彈簧 ■ 彈性墊圈 產品規格表
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▪ 波形彈簧種類 ▪ 彈性墊圈種類 ▪ 彈性墊圈產品規格表孔用
▪ 波形彈簧應用 ▪ 彈性墊圈應用 ▪ 彈性墊圈產品規格表軸用
▪ 波形彈簧設計需求 ▪ 彈性墊圈設計安裝
▪ 材質種類與表面處理 ▪ 彈性墊圈末端形狀  
▪ 彈性墊圈互換對照表  
▪ 彈性墊圈溝槽比例關係
▪ 金屬密封環介紹

 


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