How Do You Design an Extension Helical Spring That Won't Fail?

Geri dönüş mexanizminiz zəifdir, və bulaqlar uğursuz olmağa davam edir. Bu, bahalı zəmanət iddialarına səbəb olur, məhsulun yenidən dizaynı, və markanız üçün zədələnmiş reputasiya.

Uğursuz dizayn üç şeyə diqqət yetirir: doğru "hiss" üçün düzgün ilkin gərginliyi təyin etmək," stressi düzgün idarə edən davamlı qarmaqların dizaynı, və yükə və ətraf mühitə uyğun materialın seçilməsi. Bu üç elementi düzgün əldə etmək etibarlılığın açarıdır.

I've been manufacturing custom springs for over 14 illər, and the most common failure I see in extension springs isn't in the spring's body—it's in the design process itself. Bir dəfə mühəndis mənə tibbi diaqnostika avadanlığında istifadə olunmaq üçün yay üçün rəsm göndərdi. Mexanizm incə idi, lakin onların təyin etdiyi yayda böyük miqdarda ilkin gərginlik var idi. Prototipləri alanda, the machine's small motor couldn't even begin to stretch the spring. Layihə həftələrlə gecikdi. Onlar yalnız son qüvvəyə diqqət yetirmişdilər, yayı işə salmaq üçün lazım olan qüvvəyə tamamilə məhəl qoymadan. Buna görə təfərrüatları başa düşmək çox vacibdir.

İlkin Gərginlik Nədir və Niyə Bu qədər Əhəmiyyətlidir?

Yayınızın əvvəlcə heç bir qüvvəsi yoxdur, or it's too hard to start pulling. Bu, məhsulunuzun cavabsız qalmasına səbəb olur, ucuz, və son istifadəçi üçün işləmək çətindir.

İlkin gərginlik daxili gücdür, yay qıvrılarkən telin burulması ilə yaradılmışdır. O, rulonları bir-birinə sıx şəkildə saxlayır və yayın uzanmağa başlamazdan əvvəl aradan qaldırılmalıdır. Bu qüvvənin düzgün təyin edilməsi nəzərdə tutulduğu kimi işləyən bir məhsul üçün vacibdir.

Think of it as the spring's "preload." Uzatma yayına özünəməxsus hissi verən gizli qüvvədir. Yeni mərkəzi konsol kilidi dizayn edən bir avtomobil müştərisi üçün layihə üzərində işlədim. İlk prototip, demək olar ki, heç bir ilkin gərginliyi olmayan yaydan istifadə etdi. Kilid boşaldı və tıqqıldadı. İkinci prototip üçün, ilkin gərginliyi artırdıq. İndi mandalı yerində möhkəm tutmuşdu, və qaneedici idi, yüksək keyfiyyətli "snap" açılıb bağlandıqda. We didn't change the spring rate or the final force, yalnız ilkin gərginlik. That small change completely transformed the user's perception of the product's quality. It's a perfect example of how this one specification can make or break the design.

İlkin Gərginlik necə idarə olunur və təyin olunur

Bu qüvvə təsadüfi deyil; kritik istehsal parametridir.

• Sarma prosesi: İstehsal prosesində ilkin gərginlik yaradırıq. Yay teli bir çardaq üzərində qıvrılarkən, ona idarə olunan burulma gərginliyi tətbiq edirik. Bu gərginlik bitmiş rulonları bir-birinə basdırır. Tətbiq etdiyimiz stressin miqdarı birbaşa ilkin gərginliyin miqdarına nəzarət edir.
• Why It's Important for Design: İlkin gərginlik yayın uzanmağa başladığı yükü müəyyənləşdirir. Müəyyən bir qüvvə tətbiq olunana qədər bağlı qalmaq üçün bir mexanizmə ehtiyacınız varsa (kilid və ya batareya qapısı kimi), ilkin gərginlik onu bağlayan şeydir. Yay istirahətdə olan zaman sistemdə boşluq və ya boşluq olmamasını təmin edir.
• Limitlər: Yayın nə qədər ilkin gərginliyə malik ola biləcəyinin bir həddi var, telin diametrinə və bobin indeksinə əsaslanır. Həddindən artıq ilkin gərginliyi təyin etməyə çalışmaq, kövrək və uğursuzluğa meyilli bir yayın ilə nəticələnə bilər.

Niyə qarmaqlar ən çox rast gəlinən uğursuzluq nöqtəsidir?

Baharınızın bədəni yaxşıdır, lakin qarmaqlar qırılmağa və ya deformasiyaya davam edir. Bu tək zəif nöqtə bütün məhsulunuzun sahədə uğursuz olmasına səbəb olur, bahalı gəlirlərə gətirib çıxarır.

Qarmaq bütün çəkmə qüvvəsinin kiçik bir hissəyə cəmləndiyi yerdir, yüksək gərginlik zonası. Yay gövdəsindən çəngələ doğru əyilmə gərginlik qaldırıcısı yaradır. Düzgün dizayn və stresdən azad olmadan, bu nöqtə, yay rulonlarından çox əvvəl metal yorğunluğundan uğursuz olacaq.

Bir dəfə yeni bir məşq avadanlığı hazırlayan bir müştərim var idi. Onların prototipləri cəmi bir neçə yüz dövrədən sonra uğursuz oldu - onların uzatma yaylarındakı qarmaqlar qopdu. Onlar standart bir maşın qarmaqdan istifadə edirdilər, kəskin əyilmə və əhəmiyyətli stress nöqtəsi olan. Onların ərizəsinə baxdım və gördüm ki, yay da bir qədər burulma hərəkəti yaşayır. Mən onlara krossover çəngəlinə keçməyi tövsiyə etdim. Bu dizayn teli yayın mərkəzinə gətirir, stressi daha bərabər paylayır və burulmanı daha yaxşı idarə edir. Krossover qarmaqları olan yeni prototiplər dəsti istehsal etdik, və onlar 100.000 dövr sınaqdan heç bir uğursuzluqla keçdilər. It's a classic case where a small change in hook geometry made all the difference.

Sağ qalacaq bir qarmaq seçmək

Yazın sonu ortadan daha vacibdir.

• Stress Artanları Anlamaq: Təsəvvür edin ki, güc yay məftilindən su kimi axır. Telin kəskin əyilməsi çaydakı iti qayaya bənzəyir - bu, turbulentlik və yüksək təzyiq yaradır. Metalda, bu "təzyiq" stress adlanır. Zaman keçdikcə, təkrarlanan gərginlik dövrləri həmin nöqtədə mikroskopik çatın əmələ gəlməsinə səbəb olacaq, nəticədə uğursuzluğa səbəb olur.
• Qarmaq dizaynı məsələsi: Fərqli çəngəl dizaynları bu stressi müxtəlif yollarla idarə edir. Tam döngə ən güclüdür, çünki onun kəskin əyilmələri yoxdur və gərginlik rəvan axır. Maşın çəngəl ən çox yayılmış, eyni zamanda ən zəifdir. Krossover çəngəl yaxşı bir kompromisdir, maşın çəngəlindən daha yaxşı güc təklif edir.
• Stressdən xilas olmaq çox vacibdir: Bir yay qıvrıldıqdan və qarmaqlar əmələ gəldikdən sonra, istiliklə müalicə edilməlidir. Bu proses, stresdən azad edən adlanır, istehsal zamanı yaranan teldə daxili gərginlikləri rahatlaşdırır. Bu addımı atlamaq və ya düzgün yerinə yetirməmək çəngəlin vaxtından əvvəl uğursuzluğunun təminatıdır.

Which Material Is Right for Your Spring's Environment?

Yayınız laboratoriyada mükəmməl işləyir, but it's rusting or breaking in the real world. Yanlış materialdan hazırlanmış bir yay nəmə məruz qaldıqda uğursuz olacaq, yüksək temperatur, və ya aşındırıcı kimyəvi maddələr.

The material choice must match the spring's operating environment. Musiqi teli güclü və əlverişlidir, lakin asanlıqla paslanır. Paslanmayan polad əla korroziyaya davamlıdır. Ekstremal şərtlər üçün, ixtisaslaşdırılmış ərintilər yeganə seçim ola bilər.

Bunun gözəl nümunəsi duzlu suda balıqçı qayıqları üçün avadanlıq istehsal edən şirkət üçün hazırladığımız bulaq idi. Onların orijinal dizaynında mandal mexanizmi üçün sinklə örtülmüş musiqi tel yaydan istifadə edilmişdir. Qutudan çox gözəl görünürdü, ancaq okeanda cəmi bir neçə həftədən sonra, sink örtüyü köhnəlir və yaylar paslanır və qırılırdı. Duz püskürtmə mühiti çox sərt idi. Həll sadə idi: istifadə edərək eyni yayı yenidən düzəldirik 302 paslanmayan polad. Bir az baha idi, lakin korroziya problemini tamamilə həll etdi. Dərs budur ki, bir yayın mexaniki dizaynı döyüşün yalnız yarısıdır; materialşünaslıq digər yarısıdır.

Ümumi yay teli materialları üçün bələdçi

The wire is the foundation of the spring's performance and lifespan.

• Musiqi tel (ASTM A228): Bu, bahar sənayesinin əsas qüvvəsidir. It's a high-carbon steel that is very strong, əla yorğunluq ömrünə malikdir, və nisbətən ucuzdur. Onun əsas zəifliyi, demək olar ki, heç bir korroziya müqavimətinin olmamasıdır. Sink örtük və ya yağ kimi bir örtüklə qorunmalıdır.
• Paslanmayan polad 302/304 (ASTM A313): Bu yaylar üçün ən çox yayılmış paslanmayan poladdır. Yaxşı gücə və əla korroziyaya davamlılığa malikdir, tibbi cihazlar üçün mükəmməl edir, qida emalı, və açıq tətbiqlər. It's more expensive than music wire.
• Paslanmayan polad 17-7 PH (ASTM A313): Bu yüksək performansdır, yağışla sərtləşən paslanmayan polad. İstilik müalicəsindən sonra, o, yüksək temperaturda əla korroziyaya davamlılıq və performansa malik olmaqla yanaşı, musiqi naqili ilə müqayisə edilə bilən güc səviyyələrinə çata bilər. Aerokosmik və yüksək performanslı sənaye tətbiqlərində istifadə olunur.

Rəy

Etibarlı uzatma yayı düzgün ilkin gərginliyi tələb edir, davamlı qarmaqlar, və düzgün material. Uzunmüddətli performansı təmin etmək və ümumi uğursuzluqların qarşısını almaq üçün dizaynınızda bu üç sahəyə diqqət yetirin.