Pehea ʻoe e helu ai i ka uku/kaumaha no nā waihona puna disc?
No ka helu ʻana i ka helu a me nā ukana no nā pūnāwai puna disc e pono ai ke ala ʻokoʻa ma mua o nā puna helical. It's about combining individual puna disc[^1] waiwai.
No ka helu ʻana i ka uku a me nā ukana no puna disc[^1] nā pūʻulu, pono ʻoe e hoʻoholo mua i ka ukana a hiʻona deflection[^ 2] o kahi hookahi puna disc[^1] me ka hoʻohana ʻana i nā ʻōkuhi kikoʻī e pili ana i kona anawaena waho, anawaena o loko, mānoanoa, a kiʻekiʻe coned[^ 3]. A laila, no kahi ahu, e hōʻuluʻulu ʻoe i nā hoʻololi hoʻokahi ke hoʻopaʻa ʻia nā pūnāwai i ka moʻo e hoʻonui i ka pale holoʻokoʻa, a i ʻole ʻoe e hōʻuluʻulu i nā haʻawe pākahi ke hoʻopaʻa ʻia nā pūnāwai e like me ka hoʻonui ʻana i ka nui o ka ukana. ʻO ka hui pū ʻana o ka moʻo a me ka hoʻopaʻa ʻana like e hiki ai ke kiʻekiʻe nā kaha hoʻololi hoʻihoʻi i hiki ke hana[^4]](https://www.centuryspring.com/resources/what-is-spring-deflection?srsltid=AfmBOor31g5-LtWvyaPhlsfj00HKki5CMFhJhBL_GaNDNDZN-vZw6nw3)[^5]s.
I've seen the power of puna disc[^1]s e lawelawe i nā haʻawe kiʻekiʻe ma nā wahi liʻiliʻi. Akā ʻo ka loaʻa ʻana o ka helu ʻana no kahi hoʻopaʻa ʻana kahi i komo ai ka ʻenehana maoli.
He aha ka Disc Spring?
A puna disc[^1], ʻike ʻia ʻo a ʻO ka mea holoi ʻo Belleville[^6], he mea holoi lole conical e like me ka punawai.
A puna disc[^1], ʻike ʻia ʻo a ʻO ka mea holoi ʻo Belleville[^6], he conical, pūnāwai ʻano apo i hoʻolālā ʻia e kākoʻo i nā haʻahaʻa kiʻekiʻe me nā kīwaha liʻiliʻi ma nā wahi paʻa. ʻAʻole like me nā puna helical, hana lākou ma ka palahalaha ma lalo o ka haawe axial. Hiki iā lākou ke hoʻopaʻa ʻia i nā ʻano hoʻonohonoho like ʻole (moʻo, kaulike, a i ʻole nā hui) e hoʻokō i ka ukana kikoʻī-hiʻona deflection[^ 2], e hāʻawi ana i nā ʻenekinia i kahi hopena maʻamau no ka ikaika pololei a me nā koi deflection i nā wahi i kāohi ʻia.
Ke noonoo nei au puna disc[^1]s e lilo i mea pololei. Their unique shape lets them handle loads that a helical spring of the same size simply couldn't touch.
Disc Spring Geometry and Material
ʻO ke ʻano a me nā mea kikoʻī o a puna disc[^1] he mea koʻikoʻi i kāna hana.
| ʻĀpana | wehewehe | Hoʻoikaika i ka hana | Hana ma ka Helu |
|---|---|---|---|
Anawaena waho (D_o) |
ʻO ke anawaena nui loa o ka puna disc[^1]. | Nui aʻe D_o alakaʻi maʻamau i ke kiʻekiʻe kaha ukana[^7]. |
ʻO ke ʻano kumu mua i ka hoʻouka ʻana a me ka hoʻokaʻawale ʻana. |
Anawaena o loko (D_i) |
ʻO ke anawaena liʻiliʻi loa o ka lua i waenakonu o ka puna disc[^1]. | ʻoi aku ka liʻiliʻi D_i alakaʻi maʻamau i ke kiʻekiʻe kaha ukana[^7]. |
ʻO ke ʻano kumu mua i ka hoʻouka ʻana a me ka hoʻokaʻawale ʻana. |
Mānoanoa Mea (t) |
ʻO ka mānoanoa o ka mea puna. | mānoanoa t piʻi nui kaha ukana[^7] a me ka oolea. |
Koʻikoʻi exponential kumu ma helu haawe[^8] (t^4). |
Kiʻekiʻe Coned (h) |
ʻO ke kiʻekiʻe o ka cone (kiʻekiʻe manuahi me ka mānoanoa). | Kuhi i ka deflection kiʻekiʻe loa a hoʻololi i ka laina ʻole. | Hoʻohana pololei ʻia i ka helu deflection a me ka helu ʻole linearity. |
| Waiwai | ʻO ka maʻamau puna kila[^9] (E.g., 50CrV4, 301 Kūleʻa, Inconel). | Pili Modulus o Elasticity[^10] (E) a me ke kaumaha ʻae ʻia. | E he kumu nui i nā ʻano hoʻohālikelike a pau. |
Modulus o Elasticity (E) |
A measure of the material's stiffness or resistance to elastic deformation. | Kiʻekiʻe E ʻo ke ʻano kiʻekiʻe kaha ukana[^7] a me ka oolea. |
Hoʻohana pololei ʻia i nā ʻano hoʻouka a me ka deflection. |
Poisson's Ratio[^11] (μ) |
He waiwai waiwai e pili ana i ke kaula kuʻekuʻe i ke aho axial. | ʻO kahi kumu liʻiliʻi i kekahi mau helu hoʻomaʻemaʻe. | Manaʻo maʻamau (E.g., 0.3) no nā kila puna maʻamau. |
Pūnāwai disc, ʻaʻole like me nā puna helical, e kiʻi i kā lākou mau waiwai kūʻokoʻa mai kā lākou geometry conical kikoʻī a me nā mea i hana ʻia mai lākou. ʻO ka hoʻomaopopo ʻana i kēia mau ʻāpana ʻo ia ka hana mua i kekahi helu helu.
- Anawaena waho (
D_o) a me ka Anawaena o loko (D_i): Hōʻike kēia i ka nui holoʻokoʻa a me ke ʻano apo o ka puna disc[^1]. Ka ratio oD_oiD_isignificantly influences the spring's haawe-deflection curve[^5] a me ka puunaue kaumaha. - Mānoanoa Mea (
t): He koʻikoʻi loa kēia. ʻO nā hoʻololi liʻiliʻi i ka mānoanoa he hopena nui kaha ukana[^7]. 'Ōlelo kaha ukana[^7] o a puna disc[^1] ua like ia me ka mānoanoa i hoʻokiʻekiʻe ʻia i ka mana o ʻehā (t^4), ʻo ia hoʻi ka māhuahua iki o ka mānoanoa e nui ai ka puna, ʻoi aku ka ʻoʻoleʻa. - Kiʻekiʻe Coned (
h): ʻO kēia ke kiʻekiʻe o ka cone, ana ʻia mai ka ʻili pālahalaha a hiki i ka lihi luna, ma mua o ka hoʻohana ʻia ʻana o kekahi ukana. ʻO ke kiʻekiʻe manuahi ka mea maʻamau (L_o) hoemi i ka mānoanoa mea[^12] (t). 'Ōlelo kiʻekiʻe coned[^ 3] hoʻoholo i ka deflection loaʻa loa o ka hoʻokahi puna disc[^1] a kokua i ka ʻaʻohe laina haʻahaʻa-deflection curve[^13]e](https://www.centuryspring.com/resources/what-is-spring-deflection?srsltid=AfmBOor31g5-LtWvyaPhlsfj00HKki5CMFhJhBL_GaNDNDZN-vZw6nw3)[^5] hiʻona o puna disc[^1]S. - Waiwai: Hana ʻia nā puna diski mai nā kila puna ikaika kiʻekiʻe[^14]](https://en.wikipedia.org/wiki/Spring_steel)[^9]s like me 50CrV4 (SAE 6150), 301 Kila kohu ʻole, a i ʻole Inconel no nā noi wela kiʻekiʻe. The material's Modulus o Elasticity[^10] (
E) he waiwai mechanical nui ia e wehewehe ana i kona oolea a he hookomo pololei ia i loko o ka haawe a me ka deflection formula.. Poisson's Ratio[^11] (μ) he mea mau, maʻamau a puni 0.3 no ke kila, a hoʻohana pū ʻia i loko o nā ʻano.
ʻO ka hui pololei ʻana o kēia mau ana geometric a me nā waiwai waiwai e hiki ai puna disc[^1]s e hoʻokō i nā mana haʻahaʻa kiʻekiʻe loa i loko o ka liʻiliʻi axial space. I always start by gathering these exact specifications from the spring's drawing or datasheet.
Ka Ui-Deflection Curve o kahi Puna Disc Hookahi
He hookahi puna disc[^1] he kū hoʻokahi, pinepine ole laina, haawe-deflection curve[^5].
| Lae Holoi | wehewehe | Nā ʻano o ka Curve | Nā Manaʻo Hoʻohana |
|---|---|---|---|
| Hoʻololi mua | Mai ka hamama piha a hiki i kahi 75% o kona kiʻekiʻe coned[^ 3]. | Hoʻonui ʻia ka hoʻouka ʻana me ka laina laina, akā ʻoi aku ka liʻiliʻi ma mua o ka waena. | Maikaʻi no ka hoʻouka mua ʻana a i ʻole nā noi haʻahaʻa. |
| Hoʻololi waena | A puni 75% i 100% o kona kiʻekiʻe coned[^ 3]. | ʻO ka hoʻonui hoʻouka ʻana, palahalaha a emi iki paha ma kahi kokoke 100% palahalaha (no ka h/t > 1.4). | Hiki ke hāʻawi i ka ikaika mau ma kahi ākea, a i ʻole ka hana paʻi. |
| Hoʻopololei palahalaha | Ke kokoke palahalaha loa ka puna. | Piʻi nui ka ukana i ka hele ʻana o ka pūnāwai i palahalaha. | He kūpono no nā noi haʻahaʻa kiʻekiʻe kahi e hoʻololi ai ka hoʻololi liʻiliʻi i nā loli ikaika nui. |
| Linearity ʻole | ʻAʻole laina pololei ka pihi, oi loa aku no h/t ʻoi aku ka nui ma mua o 0.4. |
Hāʻawi i ka ikaika mau ma luna o kahi ākea a i ʻole ka hana ʻoʻoleʻa ma nā welau. | Nui no nā koi ikaika maʻamau. |
| Kaumaha (P) vs. Hoʻolele (d) | Kaumaha P he hana o ka hoohuli ana δ, h, t, D_o, D_i, E, a μ. |
Wehewehe ʻia e kahi ʻano paʻakikī e pili ana i kēia mau ʻāpana geometric a me nā mea. | Pono ka helu kiko'ī no nā kiko deflection kiko'ī. |
'Ōlelo haawe-deflection curve[^5] no ka mea hookahi puna disc[^1] ʻokoʻa loa, ʻoi aku ka maikaʻi o ka hoʻohālikelike ʻana i ka hana laina o nā puna helical. It's often non-linear, meaning the force required to compress it by a certain amount isn't constant throughout its deflection range.
ʻO ke kumu no ka ukana P no ka hoohuli ana δ o kahi hookahi puna disc[^1] paʻakikī a pili i kekahi mau mea mau a me nā ʻāpana:
P = (4 * E / (1 - μ^2)) * (t^4 / (K * D_o^2)) * [δ * (h - δ) * (h/t) + t^2]
Mahea:
E= Modulus o Elasticity[^10]μ= Poisson's Ratio[^11]t= Mānoanoa meaD_o= Anawaena wahoh= Kiʻekiʻe conedδ= HoloiK= He mau e pili ana iD_o/D_iratio.
Hōʻike kēia ʻano hana:
- Hoʻololi mua (a hiki i kahi 75% o
h): Piʻi ka ukana i ka piʻi ʻana o ka deflection, akā pinepine ma kahi ʻano haʻahaʻa. - Kokoke i ka Paha Paha (a puni
δ = h): E like me ka puna disc[^1] hoʻokokoke i kahi kūlana palahalaha loa, hiki ke hoonui loa i ka ukana. No kekahih/tratiolike (kikoʻī,h/t > 1.4), hiki i ka ukana emi iho liʻiliʻi ma mua o ka piʻi wikiwiki ʻana e like me ka palahalaha. ʻO kēia "palapala" a i ʻole "hoʻopaʻa" Hiki ke hoʻohana i ka hana no nā noi e koi ana i ka ikaika mau ma kahi liʻiliʻi a i ʻole kahi "snap" hana.
He mea koʻikoʻi ka hoʻomaopopo ʻana i kēia pihi. Hāʻawi ia i nā ʻenekinia e wānana i ka ikaika pololei i hoʻokahi puna disc[^1] e hāʻawi i kēlā me kēia wahi o kona deflection. A laila hoʻohana ʻia kēia ʻike i ka hoʻolālā ʻana i nā waihona e hoʻokō i ka ukana holoʻokoʻa kikoʻī-hiʻona deflection[^ 2]. Hoʻohana au i nā lako polokalamu kūikawā no ka hoʻolālā pololei ʻana i kēia mau pihi, ʻoiai he mea paʻakikī ke helu lima no kēlā me kēia kiko.
Pehea e helu ai no nā pūʻulu moʻo?
Hoʻopaʻa ʻana puna disc[^1]s i ka moʻo hoʻonui i ka huina deflection o ka ahu oiai e malama ana i ka ukana o ka punawai hookahi.
E helu no puna disc[^1] ahu ma ka moʻo, kahi i hoʻopaʻa ʻia kēlā me kēia pūnāwai ma ka ʻaoʻao like, e hōʻuluʻulu ʻoe i nā deflection o ke kanaka puna disc[^1]s e huli i ka huina hoohuli o ka ahu. 'Ōlelo kaha ukana[^7] o ka pūʻulu moʻo[^15] ua like ia me ka punawai hookahi. ʻo kahi laʻana, if 'n' springs with individual deflection 'δ_single' are stacked in series, the total stack deflection 'δ_stack' will be 'n × δ_single' for a given load 'P_single'.
Hoʻohana pinepine au pūʻulu moʻo[^15]s i ka wā e pono ai kahi hoʻolālā paʻa i ka huakaʻi ma mua o ka hoʻokahi puna disc[^1] hiki ke hoolako. It's an efficient way to get more deflection without increasing the load requirement.
He aha ka Series Stack?
A pūʻulu moʻo[^15] hana ʻia ma ke kau ʻana puna disc[^1]s ma ke ala like, kekahi ma luna o kekahi.
| Ke ano | wehewehe | Ka hopena mua ma ka hana hoʻopapa | Hoʻohālikelike |
|---|---|---|---|
| Puna ma ke ala hookahi | ʻO kēlā me kēia puna disc[^1] ua kuhikuhi like, ʻaoʻao conical e kū like ana. | Hāʻawi i kēlā me kēia pūnāwai e pale kūʻokoʻa ma lalo o ka ukana. | Hoʻopaʻa i nā pūnāwai helical palupalu he nui mai ka hopena a i ka hopena. |
| Hoʻonui Deflection | ʻO ka huina hoʻohuli o ka pūʻulu ʻo ia ka huina o kēlā me kēia hoʻoheheʻe puna. | Loaʻa i ka huakaʻi ʻoi aku ka nui no ka waihona holoʻokoʻa. | E like me ka hoʻohui ʻana i nā ʻāpana ʻē aʻe i kahi lula maʻalahi. |
| Ka Lai Hoouka like | 'Ōlelo kaha ukana[^7] o ka hoʻopaʻa ʻana e noho like me ka pūnāwai hoʻokahi. | ʻAʻole ʻoi aku ka ikaika no ka hoʻoomi ʻana i ka waihona ma mua o hoʻokahi puna. | ʻO ke kaulahao wale nō ka ikaika e like me kona loulou nāwaliwali loa (naauao hoouka). |
| Huina Liina ole | Hoʻopili ʻia nā ʻōkuhi laina ʻole o kēlā me kēia i kahi pihi laina ʻole nui aʻe no ka waihona. | Mālama ʻia ka hana laina ʻole i makemake ʻia ma luna o kahi ākea deflection ʻoi aku. | Hoʻonui ka maʻalahi i hui ʻia ma kahi lōʻihi. |
| Kiʻekiʻe ahulau | Hoʻonui ʻia ke kiʻekiʻe manuahi holoʻokoʻa o ka waihona me ka nui o nā pūnāwai. | Pono ka nui axial wahi no ka hui puna. | He ahu kiʻekiʻe no ka neʻe nui ʻana. |
Hana ʻia kahi pūʻulu moʻo ma ke kau ʻana i nā mea he nui puna disc[^1]s ma luna o kekahi i kekahi, ʻo nā mea a pau i kuhikuhi ʻia ma ka ʻaoʻao hoʻokahi (E.g., nā cones a pau e kuhikuhi ana i luna). Ke hoʻopili ʻia kahi haawe axial i kēia ahu, kēlā me kēia kanaka puna disc[^1] pale kūʻokoʻa.
ʻO ka hopena mua o a pūʻulu moʻo[^15] ʻo ka hoʻonui i ka huina deflection o ka punawai. If you have 'n' puna disc[^1]S, a ʻo kēlā me kēia pūnāwai e pale aku δ_single malalo o kekahi haawe P_single, a laila ka huina deflection o ka ahu (δ_stack) e lilo ana n manawa δ_single.
δ_stack = n × δ_single (no ka haawe i haawiia P_single)
ʻO ke koʻikoʻi, ka kaha ukana[^7] o ka pūʻulu moʻo[^15] noho like me ka kaha ukana[^7] o kahi hookahi puna disc[^1]. ʻO kēia ke kumu o ka hoʻoili ʻia ʻana o ka ukana ma kēlā me kēia pūnāwai ma ke kaʻina; ʻO kēlā me kēia pūnāwai e amo i ka ukana piha. No laila, ina he hookahi puna disc[^1] hiki ke lawelawe i ka haawe kiʻekiʻe o 1000 N, ʻO ka pūʻulu o ʻelima pūnāwai like i ka moʻo e mālama wale nō 1000 N, aka, e palima ka nui o ka hoohuli ana.
ʻO ka laulā haawe-deflection curve[^5] o a pūʻulu moʻo[^15] e hōʻike i ka ʻōniu laina ʻole o ka pūnāwai hoʻokahi, akā ua kikoo ʻia ma luna o kahi ākea deflection ʻoi aku. Hāʻawi kēia i nā mea hoʻolālā e hoʻokō i ka ukana kikoʻī-hiʻona deflection[^ 2] (e like me ka ikaika mau ma luna o kahi ākea) ma kahi mamao hele nui aku. Hoʻohana wau pūʻulu moʻo[^15]ʻO kaʻu pahuhopu nui e hoʻonui i ka laulā o ka neʻe ʻana o ka ʻōnaehana puna oiai e mālama ana i ka ikaika i hoʻohana ʻia i loko o nā palena.
Ke helu ʻana i ka Deflection a me ka hoʻouka ʻana i nā pūʻulu moʻo
Na helu no pūʻulu moʻo[^15]s pololei: huina deflections, e hoomau i ka ukana.
| Helu Helu | Puna Puana Puka Hookahi | Hui Pūʻali (n punawai) | Nā hopena |
|---|---|---|---|
Hoʻolele (δ) |
δ_single (mai ka puna puna hoʻokahi no ka ukana P). |
δ_stack = n × δ_single (no ka haawe like P). |
Hāʻawi i ka huakaʻi ʻoi aku ka nui ma nā hoʻolālā paʻakikī. |
Kaumaha (P) |
P_single (mai ka puna puna hoʻokahi no ka pale ʻana δ). |
P_stack = P_single (no ka hoohuli ana δ_single). |
ʻO ka nui o ka ikaika i hana ʻia e ka pūʻulu ua like ia me hoʻokahi puna. |
Kāleka kōkuhi (k) |
k_single = P_single / δ_single (pinepine ole laina). |
k_stack = k_single / n (the stack is 'softer' overall). |
Haʻahaʻa holoʻokoʻa oolea, maʻalahi ka paʻi. |
| Kiʻekiʻe ahulau | L_o_single (Kiʻekiʻe manuahi o hoʻokahi puna). |
L_o_stack = n × L_o_single (Huina kiʻekiʻe manuahi). |
Pono e noʻonoʻo pono i ka wahi axial i loaʻa. |
| ʻO ke kaumaha | Str |
[^1]: Pono ka hoʻomaopopo ʻana i nā puna diski no nā noi e koi ana i ka mana hoʻouka kiʻekiʻe ma nā wahi paʻa.
[^ 2]: E ʻimi i ka hoʻololi ʻana o nā ʻano deflection i ke koho puna no nā noi.
[^ 3]: E hoʻomaopopo i ke kuleana o ke kiʻekiʻe coned i ka hoʻoholo ʻana i ka hana puna.
[^4]: E aʻo pehea e hoʻolālā ai i nā pūnāwai me nā hiʻohiʻona hoʻihoʻi haʻahaʻa.
[^5]: E aʻo pehea e kālailai i nā pihi hoʻihoʻi haʻahaʻa no ka hoʻokō ʻana i ka hana puna.
[^6]: E ʻimi i ka maʻalahi o nā mea holoi ʻo Belleville i nā noi ʻenekinia like ʻole.
[^7]: E hoʻomaopopo i ka helu ʻana ma hope o ka hoʻoholo ʻana i ka hiki ke hoʻouka no ka hoʻolālā kūpono.
[^8]: E aʻo i nā ʻōkuhi koʻikoʻi no ka helu ʻana i ka ukana pololei i ka hoʻolālā puna.
[^9]: E aʻo e pili ana i nā kila puna like ʻole a me kā lākou hoʻohana ʻana i ka ʻenekinia.
[^10]: E ʻike i ke koʻikoʻi o Modulus of Elasticity i ke koho ʻana i nā mea a me ka hoʻolālā puna.
[^11]: Gain insights into how Poisson's Ratio influences material behavior under stress.
[^12]: E ʻimi i ka hopena koʻikoʻi o ka mānoanoa mea i ka hiki ke hoʻouka a me ka ʻoʻoleʻa.
[^13]: E hoʻomaopopo i ka hopena o ka hana laina ʻole i ka hoʻolālā puna.
[^14]: E ʻike i nā waiwai o nā pūnāwai ikaika kiʻekiʻe i hoʻohana ʻia i nā puna disc.
[^15]: E ʻike pehea e hiki ai i ka hoʻopaʻa ʻana moʻo ke hoʻonui i ka deflection me ka mālama ʻana i ka hiki ke hoʻouka.