처짐 범위가 디스크 스프링 성능에 미치는 영향

정적 부하는 상대적으로 긴 시간 간격으로 일정 하중이나 가끔씩 변하는 하중으로 지정되어 있으며, 모든 설계 수명이 1만 개 사이클을 넘지 않습니다. 정적 애플리케이션에서 디스크 스프링 상단 표면의 중간 범위에서 계산된 가장 높은 응력은 매우 중요합니다.  (그림 2의 점 0과 같이) 이런 상황에서 디스크 스프링이 평평한 위치에 있을 때 0점의 최고 계산 응력은 가장 관건적인 것으로서 14001600MPa를 초과하지 말아야 합니다. 처짐이 75% 이하인 경우 이론적 계산을 하지 않고 정적 로딩을 할 때 표준 디스크 스프링을 사용할 수 있습니다.

그림 2

동적으로 로드된 디스크 스프링은 두 가지 종류로 나눌 수 있습니다.

1. 디스크 스프링의 피로 수명은 제한되어 있는데 10,000에서 2,000,000개의 순환에 달합니다.
2. 디스크 스프링은 2,000,000회 이상 순환을 견딜 수 있는 고 피로수명을 가집니다. 

디스크 스프링의 피로 수명을 증가시키기 위해 샷 피닝과 같은 프로세스를 사용할 수 있습니다. 샷 피닝은 디스크 표면에 양호한 압축응력을 산생시켜 균열의 확장을 감소합니다.

잔여 제조 인장 응력은 그림 2의 점 1에 표시된 것처럼 디스크의 내부 직경 상단 가장자리에서 생합니다. 

작업 기간 동안 인장 응력은 압축 응력으로 변경됩니다. 피로 수명은 이런 응력 반전으로 급격히 떨어집니다.  디스크 스프링을 최소 15% 편향에서 일정한 프리로드 상태로 유지하면 이러한 응력 반전을 제거하고 디스크 스프링의 수명을 증가시킬 수 있습니다.

디스크 스프링의 초기 로딩은 두 가지 목표를 실현합니다:

1. 로드되지 않은 디스크 스프링에서 제조된 잔여 인장 응력은 그림 2에 표시된 점 I에서 발생합니다. 미리 디스크를 로딩하여 점 I의 인장 응력을 압축 응력으로 변경합니다. 디스크 위쪽이 압축 응력 아래에 있으면 균열 확장의 위험을 줄일 수 있습니다. 인장 응력에서 압축 응력에 이르는 변화는 디스크 스프링의 피로 방지 성능을 크게 제한합니다.  디스크 스프링은 전체 처짐의 최소 15%로 프리로드하여 인장 응력을 제거해야 합니다.
2. 디스크 스프링 시트는 초기에 가해지는 힘으로 스프링 주변에 균일하게 분포되어 있습니다. 디스크 스프링은 100% 대칭이 아니기 때문에 프리로드 시 착석할 때 힘이 약간 증가합니다.  이 힘의 증가는 예상할 수 있지만 힘/처짐 계산에서는 고려되지 않습니다.

최종 부하를 증가시키면 디스크 스프링의 응력을 증가시켜 낮은 피로 방지 성능을 유발합니다.  모든 구조 부품과 마찬가지로 비교적 작은 처짐으로 인해 낮은 응력과 긴 수명이 발생합니다. 디스크 스프링을 전체 처짐의 75% 이상으로 로드하면 디스크 스프링이 성능 곡선의 선형 세그먼트를 초과하게 됩니다(그림 1). 응력은 비선형 방식으로 증가하여 피로 저항력이 신속하게 상실됩니다. 설계 요구 사항을 충족하는 최종 하중이 낮을수록 피로 수명이 증가합니다.

디스크 스프링의 처짐도를 줄이면 피로 수명을 높일 수 있습니다.  추가 사용이 필요한 경우 디스크 스프링을 쌓아서 각 개별 디스크의 스트레스를 증가시키지 않고 더 많은 편향을 제공함으로써 피로 수명을 증가시킬 수 있다.

디스크 스프링의 처짐은 예측 가능성과 내구성을 결정합니다.

정적 하중에서는 처짐이 전체 디스크 처짐의 75%를 초과하지 않는 한 이론적 응력 계산은 필요하지 않습니다.  높은 처짐은 높은 응력을 유발하여 스프링 힘의 손실을 초래합니다. 처짐의 범위가 스프링 디스크 수명에 영향을 미치는 방법을 알아보는 것이 피로 수명을 결정하는 관건입니다.

이 문건이 제공하는 준칙은 일반적이므로 각 특정 부품의 성능 요구 사항을 충족하기 위해 디스크 스프링을 설계하고 지정하는 애플리케이션 엔지니어에게 문의하는 것이 좋습니다.