Strona główna

Sprężyny talerzowe DIN 2093

 

Sprężyny talerzowe to elementy typu podkładkowego o kształcie stożkowym, zaprojektowane do obciążania osiowego. To, co wyróżnia sprężyny talerzowe to fakt, że – na podstawie ustandaryzowanych obliczeń normy DIN 2093 – przy określonym obciążeniu można przewidzieć ich ugięcie i określić minimalną żywotność. Sprężyny talerzowe można obciążać statycznie w sposób ciągły lub przerywany oraz dynamicznie poddając je ciągłym obciążeniom cyklicznym. Ponadto można stosować je pojedynczo lub w większej liczbie, ułożone w pakiet równoległy lub szeregowy, bądź też w kombinacji tych układów.

Do zalet sprężyn talerzowych, odróżniających je od sprężyn innych rodzajów zaliczyć można:

 

Sprężyna talerzowa – Oznaczenia wymiarowe

sprężyny talerzowe oznaczenia wymiarowe
De Średnica zewnętrzna
Di Średnica wewnętrzna
t Grubość materiału
Lo Wysokość bez obciążenia
ho Wysokość stożka talerza bez obciążenia

Symbole i jednostki w zastosowaniach sprężyn talerzowych

F Przyłożone obciążenie lub siła N
s Ugięcie talerza pod wpływem przyłożonej siły mm
σ Naprężenie N/mm2
E Współczynnik sprężystości N/mm2
µ Liczba Poissona –

Informacje ogólne

Długość pakietu

Nierównomierne przemieszczanie się pakietu sprężyn powodowane jest tarciem i innymi czynnikami. Stos ugina się w większym stopniu po stronie obciążenia. Zjawisko takie można zazwyczaj pominąć dla stosów sprężyn, jednak nie w przypadku stosów długich. Dlatego też długość stosu sprężyn nie może przekraczać trzykrotności średnicy zewnętrznej. Pakiety o większej długości można stabilizować poprzez rozdzielanie podkładkami prowadzącymi, których grubość z reguły powinna wynosić co najmniej 1,5-krotność średnicy elementu prowadzącego.

Materiał

Najlepszym materiałem na sprężyny talerzowe jest standardowa stal sprężynowa. Stosuje się ją zawsze, o ile nie zachodzą okoliczności wymagające użycia materiałów specjalnych. Zasadniczo materiały specjalne charakteryzują się niższą wytrzymałością na rozciąganie i w większości przypadków innym modułem sprężystości wzdłużnej w porównaniu ze standardowymi stalami sprężynowymi. Dlatego też sprężyn talerzowych wykonanych z takich materiałów nie można projektować przy takiej samej wysokości w stanie nieobciążonym, co oznacza, że siły sprężyn są niższe.

Temperatura

Każdy z materiałów posiada inny zakres temperaturowy Zbyt wysoka temperatura może być przyczyną przesunięcia odpuszczającego, mogącego skutkować z kolei utratą siły, a w skrajnych przypadkach nawet odkształceniem plastycznym (stratami wynikającymi z odkształcenia trwałego).

Korozja

Sprężyny talerzowe można zabezpieczać przed korozją za pomocą odpowiednich powłok lub przez zastosowanie materiałów odpornych na korozję. Materiały takie dostępne są jednak w ograniczonym zakresie grubości.Ponadto niemal wszystkie stale wysokostopowe mogą wykazywać tendencję do pękania korozyjnego naprężeniowego przy wysokich naprężeniach roboczych.

Historia sprężyn talerzowych

Pomimo że od kilku dekad sprężyny talerzowe znajdują coraz szersze zastosowanie, stanowią od dawna dobrze znany element maszyn. Ich pierwotny wynalazca nie jest znany, lecz ponad 130 lat temu (a dokładnie 26.12.1861 r.) Julien Francois Belleville z Dunkierki otrzymał francuski patent o numerze 52399 na konstrukcję sprężyny opierającej się już wówczas na zasadzie sprężyny talerzowej. Nie wiemy, jak duże znaczenie miał ten wynalazek, lecz fakt, że do dnia dzisiejszego we Francji i krajach anglosaskich stosuje się pojęcie „sprężyny Belleville’a”, stanowi dowód na szerokie rozpowszechnienie tej lub podobnych sprężyn. W dniu dzisiejszym pojęcie to stosuje się raczej w odniesieniu do sprężyn talerzowych niższej jakości, co odzwierciedla nie zawsze zadowalającą budowę i sprawność sprężyn w ówczesnych czasach.

Nie należy się jednak temu dziwić, biorąc pod uwagę fakt, że w poprzednim wieku niedostępne były zarówno warunki teoretyczne do obliczeń, jak również odpowiednie materiały produkcyjne.

Dopiero w roku 1917 F. Dubois w swojej pracy pt. „Wytrzymałość powłoki stożkowej” na Politechnice Federalnej w Zurychu rozwinął teorię, na której opierają się obliczenia sprężyn talerzowych. Pomimo tego ich zastosowanie w praktyce zajęło kilka kolejnych dziesięcioleci. Przez długi czas ewentualne obliczenia sprężyn talerzowych oparte były na teorii płaskiej blachy perforowanej. Dopiero w roku 1936 dwaj Amerykanie, Almen i László, opublikowali uproszczoną metodę obliczeń , umożliwiającą szybkie i praktycznie poprawne obliczanie sprężyn talerzowych.(Przykłady obliczeń sprężyn talerzowych)

W międzyczasie sprężyna talerzowa została wprowadzona w różnych obszarach technologicznych. Poczynając od budowy narzędzi tnących i prasujących, w przypadku których sprężyny talerzowe sprawdzają się szczególnie dobrze dzięki dużej liczbie możliwych kombinacji przy jednoczesnym zachowaniu rozmiaru sprężyny, sprężyny talerzowe znalazły również szybko zastosowanie w produkcji maszyn, silników spalinowych i pojazdów silnikowych.
Rozwój technologiczny często nabiera impetu w czasach wojny. Reguła ta sprawdziła się również w przypadku sprężyn talerzowych, których rozpowszechnienie nastąpiło w czasie II wojny światowej. Dla przykładu jej doskonałe własności tłumiące w postaci wielu warstw równoległych wykorzystywano do podwieszania części zamkowej dział artyleryjskich. Dalszemu rozwojowi podlegały także metody obliczeniowe i technologie materiałowe. Po zakończeniu wojny nastały warunki umożliwiające wprowadzenie sprężyn talerzowych do wszystkich obszarów technologicznych.
Dzięki doskonałym właściwościom sprężyny talerzowe znalazły w ostatnich dekadach zastosowanie niemal we wszystkich dziedzinach technologii.