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:
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)。
上面的公式给出了径向力FR。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(FA)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
FA = FR * µ
以及扭矩,只要把轴向力乘以半径
T = FA * 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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