DIN 2092-2006 Disc springs - Calculation《盘形弹簧 计算》.pdf

1、Mrz 2006DEUTSCHE NORM Ausschuss Federn (AF) im DINPreisgruppe 10DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 21.160!,eBu“9663182www.din.deDDIN 2092Tellerfedern BerechnungD

2、isc springs CalculationRondelles ressorts CalculationAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 2092:1992-01www.beuth.deGesamtumfang 15 SeitenDIN 2092:2006-03 2 Vorwort Diese Norm wurde vom Ausschuss Federn (AF) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. erarbeitet. n

3、derungen Gegenber DIN 2092:1992-01 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) in Abschnitt 6 wurden die Verhltnisse Auendurchmesser Dezur Dicke t bzw. Auen- zu Innendurch-messer Disowie die Anforderungen nach DIN 2093 neu definiert; b) Berechnungsbeispiele zu den Gleichungen in Abschnitt 6 dieses Dok

4、umentes werden nicht mehr ange-geben; c) in Abschnitt 7 wurde die Federkennlinie der Einzeltellerfeder neu berechnet und die neu gemessene Kennlinie angeglichen; d) das Nachsetzen der Feder wird in diesem Dokument nicht mehr behandelt und wird als Relaxation in DIN 2093 detailliert beschrieben; e) d

5、ie redaktionelle Gestaltung dieses Dokumentes wurde an die dafr geltenden Regeln angepasst. Gren, Einheiten, Symbole und mathematische Zeichen wurden an das Internationale Einheitensystem (SI) nach ISO 31 angepasst. Frhere Ausgaben DIN 2092: 1957-09, 1969-09, 1978-06, 1990-09, 1992-01 1 Anwendungsbe

6、reich Diese Norm enthlt alle zur Auslegung von Tellerfedern bentigten Angaben ber deren Eigenschaften. Dazu gehren die Berechnungsgleichungen und Angaben ber die Eigenschaften von Tellerfedern bei Verwendung als Einzeltellerfeder, im Tellerfederpaket oder in der Tellerfedersule, Angaben ber die jewe

7、ils mageben-den Spannungen sowie Begriffsbestimmungen ber die Dauerhaltbarkeit der Tellerfedern. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweis

8、ungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 2093:2006, Tellerfedern Qualittsanforderungen Mae 3 Begriffe Tellerfedern sind in Achsrichtung belastbare kegelfrmige Ringscheiben, die als Einzeltellerfedern oder kombiniert zu Federpaketen oder Fed

9、ersulen sowohl ruhend als auch schwingend beansprucht werden knnen. Sie werden mit und ohne Auflageflchen gefertigt. DIN 2092:2006-03 3 4 Darstellung 4.1 Tellerfeder a) ohne Auflageflche: b) mit Auflageflche: Gruppe 1 Gruppe 3 Gruppe 2 Bild 1 Einzeltellerfeder und Querschnittsstellen der rechnerisch

10、en Spannungen 4.2 Federpaket Das Federpaket besteht aus n gleichsinnig geschichteten Einzeltellerfedern. Bild 2 Federpaket gleichsinnig geschichtete Einzeltellerfedern 4.3 Federsule Die Federsule besteht aus i wechselsinnig aneinander gereihten Einzeltellerfedern oder Federpaketen. Bild 3 Federsule

11、wechselsinnig aneinander gereihte Einzeltellerfedern DIN 2092:2006-03 4 4.4 Theoretisches Tellerfederndiagramm Bild 4 Beispiel einer Federsule 5 Formelzeichen, Einheiten und Benennungen Formelzeichen Einheit Benennung eD mm Auendurchmesser iD mm Innendurchmesser 0D mm Durchmesser des Stlpmittelpunkt

12、kreises E MPa Elastizittsmodul (siehe DIN 2093) F N Federkraft .,321FFF N Federkrfte, zugeordnet den Federwegen .,321sss cF N Errechnete Federkraft bei Planlage gesF N Federkraft des Federpaketes, zugeordnet dem Federweg gess RgesF N Federkraft des Federpaketes, bei Bercksichtigung der Reibung tF N

13、Prfkraft bei Lnge tL bzw. tl 4321, KKKK Kennwerte (siehe 6.2) 0L mm Lnge der unbelasteten Tellerfedersule oder des unbelasteten Tellerfederpaketes .,321LLL mm Lngen der belasteten Federsule oder des belasteten Feder-paketes, zugeordnet den Federkrften .,321FFF tL mm Prflnge der Tellerfedersule oder

14、des Tellerfederpaketes cL mm Errechnete Lnge der Tellerfedersule oder des Tellerfederpaketes in Planlage N Anzahl der Lastspiele bis zum Bruch R N/mm Federrate W Nmm Federungsarbeit DIN 2092:2006-03 5 Formelzeichen Einheit Benennung 0h mm Rechnerischer Federweg bis zur Planlage der Tellerfedern ohne

15、 Auflageflchen 0h = 0l t 0h mm Rechnerischer Federweg bis zur Planlage der Tellerfedern mit Auf-lageflchen tlh =00i Anzahl der wechselsinnig zu einer Sule aneinander gereihten Einzeltellerfedern oder Federpakete 0l mm Bauhhe der unbelasteten Einzeltellerfeder .,321lll mm Lnge der belasteten Tellerfe

16、der zugeordnet zu den Federkrften .,321FFF tl mm Prflnge der Tellerfeder n Anzahl der gleichsinnig zu einem Paket geschichteten Einzelteller P Theoretischer Stlpmittelpunkt des Tellerfederquerschnitts (siehe Bild 1) s mm Federweg der Einzeltellerfeder .,321sss mm Federwege, zugeordnet den Federkrfte

17、n .,321FFF gess mm Federweg der Federsule oder des Federpaketes ohne Berck-sichtigung der Reibung. Empfohlener Grtwert ( )cgesLLs =075,0 t mm Dicke der Tellerfeder t mm Reduzierte Dicke der Tellerfeder mit Auflageflchen (Gruppe 3) RMww , Reibungsfaktoren (siehe Tabelle 2) ieDD= Durchmesserverhltnis

18、Querkontraktionszahl MPa Rechnerische Spannung IVIIIIIIOM , MPa Rechnerische Spannung fr die Stellen OM, I, II, III, IV (siehe Bild 1) o MPa Rechnerische Oberspannung bei Tellerfedern mit Schwing-beanspruchung u MPa Rechnerische Unterspannung bei Tellerfedern mit Schwing-beanspruchung h MPa Hubspann

19、ung, zugeordnet dem Arbeitsweg bei Tellerfedern mit Dauerschwingbeanspruchung O MPa Oberspannung der Dauerschwingfestigkeit U MPa Unterspannung der Dauerschwingfestigkeit UOH = MPa Dauerhubfestigkeit , VV mm Hebelarme DIN 2092:2006-03 6 6 Berechnungsgleichungen fr die Einzeltellerfeder Die im Folgen

20、den angegebenen Berechungsgleichungen gelten fr Tellerfedern ohne und mit Auflageflchen fr Verhltnisse 16 0,75 weicht die praktische Kennlinie zunehmend von der errechneten Kennlinie ab, weil die Tellerfedern sich aufeinander bzw. auf der Auflage abwlzen, was eine stetige Hebelarmverkrzung zur Folge

21、 hat (siehe Bild 7). 8 Anordnung von Einzeltellerfedern Tellerfedern lassen sich bei Verwendung in Federsulen vielfltig kombinieren. Bei gleichsinnig geschichteten Einzeltellerfedern ist bei gleichem Federweg die Federkraft proportional der Anzahl der Einzeltellerfedern (siehe Bilder 8 und 9). Bei w

22、echselsinnig aneinander gereihten Einzeltellerfedern ist bei gleicher Federkraft der Federweg proportio-nal der Anzahl der Einzeltellerfedern (siehe Bilder 8 und 10). FnF =ges(17) sis =ges(18) tnliL )1(00+= (19) Hinweis: Fr Tellerfedern mit Auflageflchen gilt t statt t. Bei wechselsinnig aneinander

23、gereihten Federpaketen (siehe Bild 11) wchst die Federkraft mit der Anzahl der Einzeltellerfedern je Federpaket und der Federweg mit der Anzahl der Federpakete. Bei Tellerfedern mit h0/t 1,25 wird eine ungleichmige Einfederung der einzelnen Tellerfedern innerhalb der Federsule auftreten, was zum Fun

24、ktionsausfall fhren kann. DIN 2092:2006-03 11 Bei Verwendung verschieden dicker Einzeltellerfedern in einer Federsule (siehe Bild 12) lsst sich eine pro-gressive Kennlinie erreichen. Das Gleiche ist mglich, wenn gleich dicke Einzeltellerfedern als Federpakete mit zunehmender Anzahl von Einzeltellerf

25、edern aneinander gereiht werden (siehe Bild 12). Bei den letzten beiden Kombinationen muss jedoch fr die Sulenteile 1 und 2 auf die zulssige Spannung der Federn Rck-sicht genommen werden. Eventuell kann durch konstruktive Manahmen ein berschreiten des zulssigen Federweges vermieden werden. Die Reibu

26、ngskraft ist in den Bildern 8 bis 13 nicht bercksichtigt. Bild 8 Bild 9 Bild 10 Bild 11 Bilder 8 bis 11 Vernderung der errechneten Kennlinie bei verschiedenartiger Anordnung der Einzeltellerfedern in der Federsule DIN 2092:2006-03 12 Bild 12 Bild 13 Bilder 12 und 13 Progressive Kennlinien bei versch

27、iedenen Dicken und bei verschiedenen Anordnungen der Tellerfedern 9 Einfluss der Reibung auf die Kennlinie Bei der Kraftberechnung von Tellerfedern muss die Reibung bercksichtigt werden. Sie ist abhngig von der Anzahl der Einzeltellerfedern bzw. Federpakete in der Federsule. Darber hinaus sind die O

28、berflchen-beschaffenheit und die Schmierung von Einfluss. Die Reibung tritt einerseits an den Mantelflchen sich berhrender Tellerfedern (Faktor Mw ) und andererseits zwischen den planparallelen Auflageplatten (Faktor Rw ) auf. Sie hat bei der Einfederung einen Kraftanstieg und bei der Ausfederung ei

29、nen Kraftabfall zur Folge. Die Kennlinie lsst sich dann errechnen mit der Beziehung ()RMRgeswnwnFFmm 11 = (20) Es gilt bei Belastung + bei Entlastung DIN 2092:2006-03 13 Tabelle 2 Werte fr Mantel- (Mw ) und Randreibung (Rw ) fr ungestrahlte Tellerfedern Reihe Nach DIN 2093 Mw Rw A 0,005 bis 0,03 0,0

30、3 bis 0,05 B 0,003 bis 0,02 0,02 bis 0,04 C 0,002 bis 0,015 0,01 bis 0,03 Gleichung (20) beinhaltet fr n = 1 auch das Reibverhalten der Einzelfeder. Tellerfedern weichen innerhalb zulssiger Toleranzen von der geometrischen Idealform ab. Das hat bei der Schichtung zu Paketen eine mit der Tellerfederz

31、ahl steigende Abweichung der gemessenen von der er-rechneten Kennlinie, insbesondere im unteren Kennlinienbereich, zur Folge. 10 Rechnerische Spannungen Wegen des Vorhandenseins von Eigenspannungen aus den unterschiedlichen Herstellungsprozessen geben die Gleichungen in 4.4 nicht die wirklichen Wert

32、e wieder. Sie liefern reine Nominalspannungen. Alle Span-nungsangaben in diesem Dokument und in DIN 2093, Tabellen 2 bis 4, sind hierauf bezogen. Die Abschtzung der zulssigen Bauhhe 0l kann durch Ermittlung der Spannung OM erfolgen. Sie sollte bei Planlage etwa der Zugfestigkeit des verwendeten Werk

33、stoffes (bei Werkstoffen nach DIN 2093 Rmmax. 1 600 MPa) entsprechen. Fr Tellerfedern mit schwingender Beanspruchung sind die rechnerischen Zugspannungen an der Unterseite der Einzeltellerfeder magebend. Entscheidend fr den Schwingungsbruch ist die Querschnittstelle II oder III (siehe Bild 14) mit d

34、er jeweils grten rechnerischen Zugspannung. Welche Querschnittstelle in Frage kommt, hngt von den Verhltnissen =ieDD / , h0/t und 0/ hs ab. Die magebende Stelle kann sowohl fr Federn ohne als auch mit Auflageflchen aus Bild 14 entnommen werden. Bild 14 Fr den Schwingungsbruch magebende Querschnittst

35、elle2)2) Bei Tellerfedern mit Auflageflchen ist h0/t durch thK04zu ersetzen. DIN 2092:2006-03 14 Da die Einfederung 0/hs auch einen Einfluss auf die Gre der Spannungen an den Stellen II und III hat, wird fr den bergangsbereich im Bild 14 empfohlen, die Spannungen II und III zu berprfen. Sie werden m

36、it den Gleichungen in 4.4 errechnet. Dauer- und Zeitfestigkeitsschaubilder siehe DIN 2093. 11 Beanspruchungsarten 11.1 Ruhende bzw. selten wechselnde Beanspruchung Ruhende bzw. selten wechselnde Beanspruchung liegt vor a) bei Tellerfedern, die nur statisch ohne Lastnderung beansprucht sind; b) bei T

37、ellerfedern mit gelegentlichen Lastnderungen in greren Zeitabstnden und weniger als 104Lastspielen whrend der Einsatzdauer. 11.2 Schwingende Beanspruchung Je nach der verlangten Mindestlastspielzahl N ohne Bruch unterscheidet man: a) Tellerfedern mit begrenzter Lebensdauer. Diese Tellerfedern sollen

38、 im Bereich der Zeitfestigkeit 6410210 N eine begrenzte Anzahl von Lastspielen bis zum Bruch ertragen. b) Tellerfedern mit hoher Lebensdauer. Diese Tellerfedern sollen ohne Bruch mindestens 6102 Lastspiele und mehr ertragen. Bei Lebensdauererwartungen, die wesentlich hher als 6102 Lastspiele liegen, sind die Erfahrungen des Herstellers einzuholen. DIN 2092:2006-03 15 Literaturhinweise DIN 4000-11, Sachmerkmalleisten fr Federn DIN ISO 2162-1, Technische Produktdokumentation Federn Teil 1: Vereinfachte Darstellung DIN ISO 2162-3, Technische Produktdokumentation Federn Teil 3: Begriffe