Тарельчатые пружины: ГОСТ 3057-90, DIN 2093, размер и пакет

Тарельчатая пружина — упругий кольцевой диск конической формы. При осевом сжатии он прогибается и создаёт усилие в небольшом монтажном объёме. Такие пружины ставят по одной или собирают в пакет, когда узлу нужны иные усилие и ход. В разделе тарельчатых пружин рядом находятся изделия с одинаковыми двумя диаметрами, но разной толщиной и высотой. Поэтому подбирать замену только «по внешнему виду» или по диаметру болта нельзя.

Какие размеры нужны для выбора

На чертеже сначала ищут наружный диаметр D, внутренний диаметр d, толщину t и высоту ненагруженной пружины l₀. Разность высоты и толщины характеризует исходную конусность обычной пружины; рабочий ход s и соответствующее усилие F задаются конкретной точкой кривой «усилие — ход». Одной толщины недостаточно, чтобы вычислить нагрузку без геометрии, материала и условий опоры.

Запись 20×10,2×1,1 у пружины серии А показывает наружный и внутренний диаметры и толщину в миллиметрах. В карточке этой позиции свободная высота указана отдельно — 1,55 мм. У серии В 20×10,2×0,8 свободная высота — 1,35 мм, у серии С 20×10,2×0,5 — 1,15 мм. Диаметры совпадают, но рабочие характеристики у этих трёх деталей различаются.

Позиции Amalor при D = 20 мм и d = 10,2 мм	Толщина t	Свободная высота l₀
Серия А	1,1 мм	1,55 мм
Серия В	0,8 мм	1,35 мм
Серия С	0,5 мм	1,15 мм

Это значения конкретных карточек, а не универсальная таблица для всех пружин такого диаметра. SCHNORR различает размерные серии A, B и C по отношению конусной высоты к толщине. Даже совпадение D, d и t у разных производителей не гарантирует одинаковую кривую F–s: могут отличаться свободная высота, обработка опорных кромок, допуски и материал. Для ответственного узла запрашивают чертёж и диаграмму или табличное усилие при заданном ходе, а не одно число «усилие» без условия измерения.

ГОСТ 3057-90 и обозначение DIN 2093

ГОСТ 3057-90 действует. Его область — тарельчатые пружины из рессорно-пружинной стали для работы от −60 до +120 °C; специальные материалы для агрессивных сред в эту область не входят. Этот диапазон не означает, что любая пружина из каталога автоматически пригодна при обеих крайних температурах: нужно сверить материал и документацию конкретной партии.

На многих товарных карточках сохранена маркировка DIN 2093. DIN Media указывает DIN 2093:2013-12 как отменённую; действующий DIN EN 16983 охватывает размеры и требования к качеству, а DIN EN 16984 — расчёт одиночной пружины и пакета. SCHNORR поясняет, что техническое содержание прежних DIN при переводе в европейские стандарты сохранилось. Старую маркировку в заявке можно указать для поиска нужного изделия, но при проектировании следует назвать требуемую редакцию стандарта и сверить документацию поставки.

Совпадение номинальных размеров у позиции с надписью ГОСТ и позиции с надписью DIN само по себе не подтверждает замену. Проверяют посадочные диаметры и допуски, свободную и рабочую высоту, усилие при заданном ходе, материал, покрытие, ресурс при циклической работе и форму опорных кромок.

Что меняется, если собрать пружины в пакет

Ориентация одинаковых пружин	Эффект в идеализированном расчёте	Для чего применяют
Встречная, последовательно	Усилие как у одной пружины, ходы складываются.	Нужен больший общий ход.
Одинаковая, вложенные друг в друга параллельно	Ход как у одной пружины, усилия складываются.	Нужно большее усилие при том же ходе.
Вложенные группы, поставленные встречно	Усилие зависит от числа пружин в группе, ход — от числа групп.	Нужно сочетание заданного усилия и хода.

Два пакета тарельчатых пружин на направляющих стержнях с разной ориентацией дисков — Вложенные и встречные пружины дают разные сочетания усилия и рабочего хода.

Так описывает сборку техническое руководство SCHNORR. Например, две одинаковые пружины встречно дают примерно двойной ход при усилии одной, а две вложенные — примерно двойное усилие при ходе одной. Это идеальные соотношения без учёта трения, а не расчёт готового узла. В реальном пакете трение между пружинами, направляющей и опорами меняет характеристику; особенно это важно при циклах и большом числе вложенных элементов.

Пакету нужна направляющая, чтобы пружины не смещались вбок. SCHNORR предпочитает внутреннее ведение по стержню или болту и отдельно рассматривает качество поверхности направляющей и опор. Подходящий зазор, смазывание контактов, предварительное сжатие и ограничение максимального хода определяют по конструкции узла и руководству изготовителя пружины. Не стоит собирать произвольную стопку без проверки высоты пакета в свободном и сжатом состоянии.

Порядок подбора и установки

Опишите работу узла: требуемые F при рабочем ходе s, минимальную и максимальную нагрузку, частоту циклов, допустимую осадку и ресурс. Для пакета укажите схему укладки и число одинаковых элементов в каждой группе.
Измерьте посадку: наружный габарит, отверстие под направляющую, расстояние между опорами и свободное место для полного хода. Проверьте, не касается ли пружина соседних деталей при деформации.
Сверьте изделие: полный размер, свободную высоту, нагрузочную характеристику, материал, покрытие и стандарт. Например, А 40×20,4×2,25 и В 40×20,4×1,5 имеют одинаковые посадочные диаметры, но разную толщину.
Соберите в заданной ориентации на чистой направляющей между предусмотренными опорами. При замене пакета посчитайте все пружины и группы, а также проверьте следы износа, трещины, остаточную деформацию и повреждение опор.
Проверьте сборку в работе: фактическую высоту и ход, отсутствие перекоса и соответствие усилия расчёту. При циклической нагрузке оцените усталостный ресурс по данным изготовителя и методике расчёта, а не по одному испытательному усилию из карточки.

Тарельчатая пружина похожа на шайбу, но её назначение — заданная упругая характеристика. Обычная плоская или разрезная шайба для крепежа не заменяет её. Если подбираете деталь для рулевой рейки, сцепления или конкретного станка, начните с артикула сборки и чертежа: совпавший наружный диаметр ещё не доказывает пригодность для этого механизма.

Ниже — примеры пружин разных серий и размеров. Перед заказом пакета подтвердите все его элементы по одной спецификации.

Из каталога Amalor