公差环是如何工作的?

在公差环周围的波纹或其他特征像弹簧一样可压缩。但这到底是如何产生力及保持在一起呢?这可以归结为简单的弹簧理论:

什么是弹簧理论?

胡克弹性定律给出了公差环如何工作的基本理解，并由左边的方程式总结。它本质上说，拉伸或压缩弹簧所需要的力与所移动的距离成正比(实际上，它对所有材料都是如此，但我们这里说的是弹簧)。

 

当我们看公差环时，这个公式的主要部分是K，或者我们称之为弹性系数。这基本上是每个波纹的刚度加在一起-刚度越大，需要更多的力来压缩公差环。

公差环的刚度可以通过多种方式改变，包括
•    材料的杨氏模量
•    材料厚度
•    波纹形状

对于一个非常简单的公差环，弹性系数可以用这个方程中的这些因素来评价:
K = 4.8 E w (t/p)³

Where: 
•    E 为材料的弹性模量 [kN/mm²]
•    w 是宽度 [mm]
•    t 是宽度 [mm]
•    p 为波纹间距 [mm]

 实际上，这个等式过于简单，没有考虑到许多因素。在圣戈班，我们使用精密的预测设计工具来计算公差环的性能。看看我们的工程师如何带领您通过设计过程看看 RENCOL^®公差环是如何设计的?. 

 

将弹簧理论应用于实际

将上述弹簧理论应用到公差环的设计中，可以根据各种应用和性能要求调整弹簧的刚度。例如;高刚性波纹几何结构可以发展为应用在高径向负荷或扭矩要求。另外，使用一个温和的波纹几何结构将产生较低的刚度，应用于低负荷要求。

这种设计的灵活性允许公差环被特别设计，为每一个应用变化组合;复杂的公差环几何形状，材料厚度，硬度和操作压缩范围创造一个适当的弹簧常数，因此预先确定的保持力和/或滑移扭矩。

在实际应用中，为了计算出真实的弹簧率，通常要进行压缩试验。将一个公差环放入拉力试验机并压缩。输出显示了在一定的压缩量下公差环产生的力。这个力可以用来验证预测，也可以计算其他性能标准(如扭矩和滑移)。

制定其他性能标准

上面的公式给出了径向力F_R。这对于理解公差环对配合件施加的力是有用的，但通常也需要轴向力(F_A)和扭矩。同样，理论上这些都是相当简单的计算。轴向力可以通过将径向力FR乘以摩擦系数或来计算

F_A = F_R * µ

以及扭矩，只要把轴向力乘以半径

T = F_A * r

同样，这些公式将给出性能的粗略指示，但实际上有许多因素会影响这些性能，如材料变形、波纹对组件的“嵌入”效应等。正因为如此，我们的工程师开发出了复杂的设计工具，将这些因素考虑在内，使我们能够更准确地预测性能。

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