Ինչպե՞ս է իրականում աշխատում շրջադարձային զսպանակային մեխանիզմը?

You're designing a product with a hinged lid that needs to snap shut or open with assistance. Դուք գիտեք, որ ոլորող զսպանակ է ներգրավված, բայց ինչպես են բոլոր մասերը միասին աշխատում, որպեսզի ստեղծեն այդ վերահսկվողը, Պտտվող ուժ?

A torsion spring mechanism translates the spring's stored energy into useful work by using a central shaft, խարիսխի կետ, and the spring's legs. Քանի որ մեխանիզմը շարժվում է, այն շեղում է աղբյուրի մի ոտքը, ստեղծելով ոլորող մոմենտ, որը ձգտում է բաղադրիչը վերադարձնել իր սկզբնական դիրքին.

Արտադրական տեսանկյունից, մենք տեսնում ենք, որ գարունն ինքնին պատմության միայն կեսն է. Կատարյալ պատրաստված ոլորող զսպանակը անօգուտ է առանց այն աջակցող լավ մշակված մեխանիզմի. I've seen many designs fail not because the spring was wrong, but because the parts around it didn't allow it to function correctly. Իրական կախարդանքը տեղի է ունենում, երբ գարունը, լիսեռ, և խարիսխի կետերը բոլորը միասին աշխատում են որպես միասնական, հուսալի համակարգ.

Որոնք են շրջադարձային զսպանակային մեխանիզմի հիմնական բաղադրիչները?

Ձեր դիզայնին անհրաժեշտ է պտտվող ֆունկցիա, but a simple pivot isn't enough. Դուք գիտեք, որ զսպանակն ապահովում է ուժը, but you're unsure how to properly mount and engage it within your assembly.

Ստանդարտ ոլորման զսպանակային մեխանիզմը բաղկացած է չորս հիմնական մասերից: ոլորման զսպանակը ինքնին, կենտրոնական լիսեռ (կամ արբոր) որ այն տեղավորվում է, անշարժ խարիսխ մեկ ոտքի համար, և շարժական բաղադրիչ, որը միացնում է երկրորդ ոտքը.

Ընդհանուր սխալը, որը ես տեսնում եմ նոր ձևավորումներում, կենտրոնական լիսեռի մասին մոռանալն է. Մի հաճախորդը մեզ մի նախատիպ ուղարկեց, որտեղ աղբյուրը պարզապես լողում էր խոռոչի մեջ. Երբ կափարիչը բացվեց, գարունը փորձեց ձգվել, բայց ոլորող մոմենտ ստեղծելու փոխարեն, նրա ամբողջ մարմինը միայն թեքվեց և թեքվեց մի կողմ. Պտտվող զսպանակը պետք է ներսից հենված լինի. Լիսեռը, կամ արբոր, կանխում է դա տեղի ունենալը և ապահովում է, որ ամբողջ էներգիան ծախսվում է մաքուր ստեղծելու համար, Պտտվող ուժ.

Պտտման ուժի անատոմիա

Մեխանիզմի յուրաքանչյուր մաս ունի որոշակի աշխատանք. Եթե ​​դրանցից որևէ մեկը սխալ է նախագծված, ամբողջ համակարգը չի աշխատի այնպես, ինչպես սպասվում էր.

• The Torsion Spring: Սա մեխանիզմի շարժիչն է. Դրա մետաղալարերի տրամագիծը, կծիկի տրամագիծը, և պարույրների քանակը որոշում է այն ոլորող մոմենտը, որը կարող է արտադրել.
• Արբորը (կամ Մանդրել): Սա այն ձողն է կամ քորոցը, որն անցնում է աղբյուրի կենտրոնով. Նրա առաջնային խնդիրն է զսպանակը հավասարեցված պահել և կանխել այն ծանրաբեռնվածության տակ ճկվելուց. The arbor's diameter must be small enough to allow the spring's inside diameter to shrink as it is wound.
• Ստացիոնար խարիսխը: Զսպանակի մեկ ոտքը պետք է ամուր ամրացվի հավաքույթի չշարժվող մասի վրա. Սա ապահովում է ռեակցիայի կետը, որի նկատմամբ ստեղծվում է ոլորող մոմենտ. Սա կարող է լինել բնիկ, մի փոս, կամ քորոց.
• Ակտիվ ներգրավման կետ: Զսպանակի մյուս ոտքը մղվում է դեպի այն հատվածը, որը պետք է շարժվի, ինչպիսին է կափարիչը, լծակ, կամ դուռ. Քանի որ այս մասը պտտվում է, այն «բեռնում է" գարնանը՝ շեղելով այս ակտիվ ոտքը.

Ինչպես է մոմենտը հաշվարկվում և կիրառվում մեխանիզմում?

Ձեր մեխանիզմին անհրաժեշտ է որոշակի քանակությամբ փակող ուժ, but you're not sure how to translate that into a spring specification. Choosing a spring that's too weak or too strong will make your product fail.

Torque is calculated based on how far the spring's leg is rotated (անկյունային շեղում) իր ազատ դիրքից. Ինժեներները նշում են «գարնանային դրույքաչափ" միավորներով, ինչպիսիք են Նյուտոն-միլիմետրերը մեկ աստիճանի համար, որը սահմանում է, թե որքան ոլորող մոմենտ է առաջանում պտտման յուրաքանչյուր աստիճանի համար.

Երբ մենք աշխատում ենք ինժեներների հետ, սա ամենակարևոր խոսակցությունն է. Նրանք կարող են ասել, «Ինձ պետք է, որ այս կափարիչը բաց լինի 2 N-m of force when it's at 90 աստիճաններ։" Մեր խնդիրն է նախագծել զսպանակ, որը հասնում է այդ ճշգրիտ ոլորող մոմենտին կոնկրետ անկյան տակ. Մենք կարգավորում ենք մետաղալարերի չափը, կծիկի տրամագիծը, և այդ թիրախին խոցելու պարույրների քանակը. We also have to consider the maximum angle the spring will travel to ensure the wire isn't overstressed, ինչը կարող է հանգեցնել դրա մշտական ​​դեֆորմացման կամ կոտրման.

Նախագծում հատուկ ուժի համար

Մեխանիզմի նպատակն է ճիշտ ժամանակին կիրառել ճիշտ քանակությամբ ուժ. This is controlled by the spring's design and its position within the assembly.

• Գարնանային փոխարժեքի սահմանում: Զսպանակային դրույքաչափը հաշվարկի հիմքն է. Մի «կոշտ" գարունը բարձր ցուցանիշ ունի (առաջացնում է ավելի մեծ ոլորող մոմենտ մեկ աստիճանի համար), մինչդեռ մի «փափուկ" գարունը ցածր ցուցանիշ ունի. Սա որոշվում է աղբյուրի ֆիզիկական հատկություններով.
• Նախնական լարվածություն և նախաբեռնում: Որոշ մեխանիզմներում, զսպանակը տեղադրված է այնպես, որ նրա ոտքերը արդեն թեթևակի շեղված են նույնիսկ հանգստի վիճակում. Սա կոչվում է նախաբեռնում կամ նախնական լարվածություն. Այն ապահովում է, որ զսպանակը իր շարժման հենց սկզբից արդեն որոշակի ուժ է գործադրում, որը կարող է վերացնել մեխանիզմի թուլությունը կամ չխկչխկոցները.
• Առավելագույն շեղում և սթրես: Դուք պետք է իմանաք, թե որ առավելագույն անկյունն է պտտվելու զսպանակը. Զսպանակը իր առաձգականության սահմանից այն կողմ մղելը կհանգեցնի նրան, որ նա զիջում է, meaning it won't return to its original shape and will lose most of its force. Մենք միշտ նախագծում ենք անվտանգության մարժան՝ դա կանխելու համար.

Որո՞նք են շրջադարձային մեխանիզմի խափանումների ամենատարածված կետերը?

Ձեր նախատիպն աշխատում է, but you're worried about its long-term reliability. Դուք ցանկանում եք իմանալ, թե որ մասերն են ամենայն հավանականությամբ կոտրվելու, որպեսզի կարողանաք դրանք ամրացնել մինչև արտադրության մեջ մտնելը.

Ամենատարածված ձախողման կետերը գարնանային հոգնածությունն են, սխալ տեղադրում, և հագնել զսպանակի ոտքի և շարժվող մասի շփման կետում. Մեկ այլ հաճախակի խնդիր է ոչ մեծ չափսերը, որը թույլ է տալիս գարունը ճկել.

I've inspected hundreds of failed mechanisms over the years. Ամենատարածված պատմությունը հոգնածության ձախողումն է. Գարունը պարզապես կոտրվում է հազարավոր անգամներ օգտագործելուց հետո. Դա գրեթե միշտ տեղի է ունենում, քանի որ սխալ նյութ է ընտրվել կամ մետաղալարի վրա լարվածությունը չափազանց մեծ է եղել կիրառման համար. A spring for a car door that's used every day needs a much more robust design than one for a battery compartment that's opened once a year. A good design matches the spring's expected ցիկլի կյանքը[^1] to the product's intended use.

Շենք երկարակեցության համար

Հուսալի մեխանիզմը կանխատեսում և կանխում է ընդհանուր ձախողումները խելացի դիզայնի և նյութական ընտրություն[^2].

• Գարնանային հոգնածություն: Սա կոտրվածք է, որն առաջացել է կրկնակի բեռնման և բեռնաթափման հետևանքով. Այն սովորաբար տեղի է ունենում ամենաբարձր սթրեսի կետում, which is often where the leg bends away from the spring's body. Դա կարելի է կանխել՝ օգտագործելով ավելի ամուր նյութ (like music wire), լարվածությունը նվազեցնելու համար մետաղալարերի ավելի մեծ տրամագիծ ընտրելը, կամ կիրառելով այնպիսի գործընթացներ, ինչպիսին է կրակոցների պենինգը.
• Խարիսխի կետի ձախողում: Եթե ​​անցք կամ քորոց, որը պահում է անշարժ ոտքը, բավականաչափ ամուր չէ, it can deform or break under the spring's constant force. Բնակարանի նյութը պետք է բավականաչափ ամուր լինի ճնշումը հաղթահարելու համար.
• Հագնում և դառնություն: Աղբյուրի ակտիվ ոտքը անընդհատ քսվում է շարժվող բաղադրիչին. Ժամանակի ընթացքում, դա կարող է առաջացնել ակոս մաշվածություն բնակարանի կամ ոտքի մեջ. Կոնտակտային կետում կարծրացած պողպատե ներդիրի կամ գլանակի օգտագործումը կարող է վերացնել այս խնդիրը բարձր օգտագործման մեխանիզմներում.

Եզրափակում

Հաջող ոլորման զսպանակային մեխանիզմը ամբողջական համակարգ է, որտեղ գարունը, լիսեռ, և խարիսխները նախագծված են միասին աշխատելու՝ ճշգրիտ մատուցելու համար, կրկնվող պտտվող ուժ արտադրանքի կյանքի համար.

[^1]: Հասկանալով ցիկլի կյանքը օգնում է ձեզ նախագծել աղբյուրներ, որոնք համապատասխանում են դրանց նախատեսված օգտագործման պահանջներին.
[^2]: Ճիշտ նյութերի ընտրությունը շատ կարևոր է ձեր մեխանիզմի աշխատանքի և ամրության համար.