Belleville 세탁기를 올바르게 선택하려면 세 가지 매개변수를 해당 응용 분야에 일치시켜야 합니다. DIN 시리즈(힘-편향 곡선을 나타냄), 재료 두께 및 적층 구성 . 일반적인 실수는 이러한 와셔를 단순한 튼튼한 스프링으로 취급하는 것입니다. 실제로 단일 와셔의 동작은 높이와 두께의 비율에 따라 크게 달라집니다. 와셔를 완전히 펴려면 초기 편향 하중보다 최대 3배 더 큰 힘이 필요하며, 이는 설계 단계에서 고려하지 않으면 접합부 파손으로 이어지는 경우가 많습니다.
DIN EN 16983 시리즈 시스템 이해
벨빌 와셔 모든 제품에 적용할 수 있는 제품은 아닙니다. 현재 DIN EN 16983에 흡수된 레거시 DIN 2093 표준은 치수 비율에 따라 와셔를 세 가지 별개의 시리즈로 분류합니다. 시리즈 문자는 와셔의 강성 프로파일을 직접적으로 알려줍니다. 민감한 알루미늄 플랜지에 시리즈 A 와셔를 사용하면 매립 및 변형이 발생하는 반면, 시리즈 C 와셔는 진동 환경에서 자체 풀림을 방지할 만큼 충분한 잔류 클램프 하중을 공급하지 못할 수 있습니다.
| DIN EN 16983 시리즈에 따른 하중 편향 특성 | |||
| 시리즈 | h0/t 비율(대략) | 힘 곡선 모양 | 일반적인 응용 |
| 시리즈 A | ~0.4 | 거의 선형, 높은 힘 | 높은 부하 용량, 제한된 공간 |
| 시리즈 B | ~0.75 | 프로그레시브, 표준 | 일반 엔지니어링, 열 순환 |
| 시리즈 C | ~1.3 | 퇴행적(거의 평평한 중간 부분) | 넓은 편향 범위에 걸쳐 일정한 하중 |
시리즈 B는 진동 저항이 필요한 대부분의 볼트 체결부에 사용되는 제품입니다. 시리즈 B 와셔를 사용 가능한 총 처짐의 75%까지 편평하게 만들면 하중 증가가 안정적이고 예측 가능합니다. 시리즈 C 와셔는 패스너를 고정할 만큼 클램핑력을 증가시키지 않고도 볼트에서 상당한 축방향 팽창을 흡수할 수 있기 때문에 동적 열 환경에 특히 적합합니다.
볼트의 올바른 크기 계산
와셔의 물리적 형상은 볼트 생크 및 결합 표면과 일치해야 합니다. 여기에는 세 가지 중요한 차원 검사가 포함됩니다. 첫째, 와셔의 내부 직경은 최소한의 간격으로 볼트 나사산의 주요 직경을 통과해야 합니다. 여기에 맞지 않으면 편심 하중이 발생합니다. 둘째, 와셔의 외경은 고정된 재료의 베어링 응력을 결정합니다. 와셔 아래 표면이 부드러운 경우 압축 항복 강도를 초과하면 매립 이완이 발생합니다. 셋째, 무부하 상태의 와셔 두께와 콘 높이에 따라 와셔가 단단해지기 전에 얼마나 압축할 수 있는지가 결정됩니다. 정상적인 작동 부하에서는 벨빌 세탁기가 평평한 위치에 도달하도록 허용할 수 없습니다. 최소한의 안전 여유를 두어야 합니다. 총 편향 이동의 10-15% 단단한 접촉을 방지하기 위해.
볼트 크기에 와셔 ID 일치
표준 미터법 크기가 그룹화됩니다. M8 볼트용으로 설계된 와셔의 내부 직경은 일반적으로 약 8.4mm입니다. 그러나 압연 나사산을 사용하는 구조적 적용의 경우 실제 볼트 본체 직경은 공칭 직경보다 약간 작을 수 있습니다. 다음 페어링을 기준으로 확인하세요.
- M6 볼트에는 와셔 ID ~6.4mm, OD 일반적으로 12.5mm 또는 14mm가 필요합니다.
- M12 볼트에는 와셔 ID ~13mm, OD 일반적으로 23mm 또는 28mm가 필요합니다.
- M20 볼트에는 와셔 ID ~21mm, OD 일반적으로 36mm 또는 40mm가 필요합니다.
대형 OD를 선택하면 반력이 더 넓은 영역으로 분산되어 표면 압력이 감소합니다. 이는 표면 응력이 아래로 유지되어야 하는 유리 섬유 플랜지 또는 연질 알루미늄을 클램핑할 때 중요합니다. 100MPa .
스태킹 구성 및 스프링 비율
스태킹은 단일 세탁기의 성능 경계를 변화시킵니다. 세 가지 기본 적층 배열은 완전히 다른 하중-변형 특성을 생성합니다. 병렬 스택은 주어진 편향에 필요한 힘을 곱하는 반면, 직렬 스택은 주어진 힘에 사용할 수 있는 총 편향을 곱합니다. 이를 혼합하면 곡선에 무릎 점이 있는 프로그레시브 스프링 시스템이 생성됩니다.
힘 증가를 위한 병렬 적층
동일한 와셔를 서로 내부에 중첩하고 모두 같은 방향으로 배치합니다. 병렬로 연결된 2개의 와셔는 동일한 편향에 대해 출력되는 힘을 두 배로 늘립니다. 5개의 와셔가 병렬로 연결되어 있으면 힘이 5배가 됩니다. 그러나 중첩된 원뿔 사이의 마찰로 인해 히스테리시스가 증가합니다. 실제로 4개의 와셔를 병렬로 쌓으면 다음과 같은 현상이 발생합니다. 대략 6-8%의 마찰 손실 이론적 선형 곱셈과 비교됩니다. 3개 와셔를 초과하는 병렬 스택에서 예측 가능한 토크-예압 변환을 위해서는 이황화 몰리브덴 페이스트로 결합 표면을 윤활하는 것이 필요합니다.
장거리 이동을 위한 시리즈 스태킹
각 와셔의 방향을 교대로 바꿔서 서로 반대되게 합니다. 직렬로 연결된 2개의 와셔는 동일한 힘 수준에서 총 편향 용량을 두 배로 늘립니다. 4개의 직렬 스택은 4배의 이동 거리를 제공합니다. 이 배열은 주기적 열팽창이 발생하는 볼트 체결 플랜지에 활하중을 가하는 데 이상적입니다. 스택은 유연한 스프링처럼 작동하여 수 밀리미터씩 확장 및 축소되는 간격에 걸쳐 클램프 하중을 유지합니다.
진행형 곡선을 위한 혼합 적층
평행 와셔 세트와 시리즈 와셔 세트를 결합합니다. 일반적인 구성은 "삼중 병렬, 이중 직렬" 스택입니다. 이는 세 개의 와셔가 함께 중첩되고(병렬), 삼중 중첩 중 두 개가 반대되는(직렬) 것을 의미합니다. 스프링 곡선은 초기에 평행 삼중 구조의 견고하고 높은 힘의 경로를 따릅니다. 과부하로 인해 조인트가 약간 분리되면 시리즈 반대가 결합되고 스프링 비율이 급격히 부드러워져 피로 파손을 유발할 수 있는 볼트 장력의 급격한 스파이크를 방지합니다.
재료 선택 및 부식 인터페이스
와셔의 모재는 피로 수명과 내식성을 결정합니다. 42-48HRC로 담금질 및 템퍼링된 표준 탄소강(C67S, 1.5014)은 대부분의 실내 응용 분야에 사용됩니다. 실외 구조용 볼트 체결 또는 해양 환경의 경우 AISI 316 스테인리스 강 또는 인코넬 718이 필요하지만 합금 스프링 강에 비해 인장 강성이 크게 저하됩니다.
| 소재 | 경도 범위 | 최대 작동 온도 | 부식 저항 |
|---|---|---|---|
| C67S (1.5014) | 42-48 HRC | 120°C(도금되지 않음) | 낮음(코팅 필요) |
| 51CrV4 (1.8159) | 45-51HRC | 180°C | 낮음-중간 |
| AISI 316 (1.4401) | ~35HRC 최대 | 280°C | 높음(내염소성) |
| Inconel 718 | 36-44HRC | 600°C | 우수 |
중간 경화 평와셔 없이 단단한 탄소강 벨빌 와셔를 부드러운 스테인레스 스틸 볼트와 결합하지 마십시오. 스프링 와셔의 원뿔형 가장자리가 볼트 베어링 표면에 흠집을 내서 피로 균열을 일으키는 응력 상승 장치를 생성합니다. 모따기된 보어가 있는 얇고 표면 경화된 평와셔가 볼트 헤드 필렛 반경을 보호합니다.
벨빌 와셔로 예압 설정
벨빌 스택에 예압을 설정하기 위해 토크를 사용하는 것은 토크가 아닌 스프링 편향이 조임력을 결정하기 때문에 신뢰할 수 없습니다. 올바른 방법은 원하는 예압에서 스프링의 편향을 계산한 다음 물리적 편향이 측정될 때까지 조이는 것입니다. 총 이동 거리가 2.15mm인 단일 시리즈 B 와셔의 경우 다음을 목표로 할 수 있습니다. 편향 1.5mm(이동량의 70%) 정격 평탄 하중을 달성합니다. 이는 고정된 플레이트 사이의 간격을 측정하는 다이얼 표시기 또는 깊이 마이크로미터로 확인됩니다. 와셔 더미가 숨겨져 있는 경우 유압 장력을 사용하거나 볼트 신장을 초음파로 측정합니다. 토크 렌치에만 의존하면 예압이 분산될 수 있습니다. ±25% , 이는 종종 세탁기의 탄성 작동 범위를 초과합니다.
일반적인 실패 모드 방지
피로 파괴는 일반적으로 압축 중에 인장 후프 응력이 집중되는 와셔의 내부 가장자리에서 시작됩니다. 와셔의 오목한 표면을 쇼트 피닝하면 균열 발생이 지연됩니다. 내경에 대한 베어링 표면에 날카로운 버나 용접 스패터가 없는지 확인하십시오. 볼트 생크의 버(burr)는 절삭 공구 역할을 하여 와셔 보어에 점수를 매기고 파손 시작점을 생성합니다. 간과되는 또 다른 실패는 역스태킹입니다. 단일 와셔가 실수로 뒤집히면 조인트가 스프링 기능을 완전히 상실하고 즉시 풀릴 수 있는 플랫 조인트가 됩니다. 조립 후 항상 페인트 펜으로 평행 스택의 외부 테두리를 표시하여 검사 중에 반전된 와셔가 시각적으로 분명하게 보이도록 하십시오.
고진동 조인트에 대한 적용 체크리스트
디자인을 확정하기 전에 다음 5가지 사항을 확인하세요. 첫째, 볼트의 고정 길이는 와셔 편향이 전체 조인트 탄성의 의미 있는 부분이 될 만큼 충분해야 합니다. 둘째, 와셔는 최대 사용 하중에서 단단하게 납작해져서는 안 됩니다. 셋째, 베어링 표면은 평와셔로 경화되거나 보호되어야 합니다. 넷째, 평행 와셔의 수는 마찰 감소 없이 4개를 초과해서는 안 됩니다. 다섯째, 재료는 성질을 잃지 않고 환경의 상한 온도를 견뎌야 합니다. 이러한 검사 중 하나라도 누락되면 분할 잠금 와셔 대신 Belleville 와셔를 선택하는 근본적인 이유가 손상됩니다. 이 와셔는 소량의 매립 후에 장력을 잃습니다.
