Бұралу серіппесі механизмі іс жүзінде қалай жұмыс істейді?

You're designing a product with a hinged lid that needs to snap shut or open with assistance. Сіз бұралу серіппесі қатысатынын білесіз, бірақ бұл басқарылатын жасау үшін барлық бөліктер қалай бірге жұмыс істейді, айналу күші?

A torsion spring mechanism translates the spring's stored energy into useful work by using a central shaft, тірек нүктесі, and the spring's legs. Механизм қозғалған сайын, серіппенің бір аяғын ауытқытады, құрамдас бөлікті бастапқы орнына қайтаруға тырысатын момент жасау.

Өндірістік тұрғыдан, көктемнің өзі жартысы ғана екенін көреміз. Мінсіз жасалған бұралу серіппесі оны қолдау үшін жақсы жобаланған механизмсіз пайдасыз. 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. Нағыз сиқыр көктем келгенде болады, білік, және тірек нүктелерінің барлығы біртұтас ретінде бірге жұмыс істейді, сенімді жүйе.

Бұралу серіппесі механизмінің негізгі құрамдас бөліктері қандай?

Сіздің дизайныңызға айналу функциясы қажет, but a simple pivot isn't enough. Серіппе күш беретінін білесіз, but you're unsure how to properly mount and engage it within your assembly.

Стандартты бұралу серіппесі төрт негізгі бөліктен тұрады: бұралу серіппесінің өзі, орталық білік (немесе арбор) сәйкес келетіні, бір аяққа арналған стационарлық якорь, және екінші аяқты қосатын қозғалатын компонент.

Жаңа дизайндағы жиі кездесетін қателік - орталық білікке ұмытып кету. Бірде бір клиент бізге серіппе қуыста қалқып тұрған прототипін жіберді. Қақпақ ашылғанда, серіппе тарылуға тырысты, бірақ момент жасаудың орнына, оның бүкіл денесі бүгіліп, бүйіріне бүгіліп қалды. Бұралу серіппесі ішінен тіреу болуы керек. Білік, немесе арбор, мұның алдын алады және барлық энергияның тазалыққа жұмсалуын қамтамасыз етеді, айналу күші.

Айналу күшінің анатомиясы

Механизмнің әрбір бөлігінің белгілі бір жұмысы бар. If any one of them is designed incorrectly, бүкіл жүйе күткендей жұмыс істемейді.

• Бұралу көктемі: Бұл механизмнің қозғалтқышы. Оның сымының диаметрі, катушка диаметрі, және катушкалар саны оның шығара алатын момент мөлшерін анықтайды.
• Арбор (немесе Оправка): Бұл серіппенің ортасынан өтетін өзек немесе түйреуіш. Оның негізгі міндеті - серіппенің біркелкі болуы және жүктеме кезінде оның бұралуын болдырмау. The arbor's diameter must be small enough to allow the spring's inside diameter to shrink as it is wound.
• Стационарлық якорь: One leg of the spring must be firmly fixed to a non-moving part of the assembly. This provides the reaction point against which the torque is generated. Бұл слот болуы мүмкін, тесік, немесе түйреуіш.
• Белсенді қатысу нүктесі: The other leg of the spring pushes against the part that needs to move, қақпақ сияқты, рычаг, немесе есік. Бұл бөлік айналатындықтан, ол «жүктейді" бұл белсенді аяқты бұру арқылы серіппе.

Механизмде момент қалай есептеледі және қолданылады?

Сіздің механизміңізге белгілі бір жабу күші қажет, 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 (бұрыштық ауытқу) еркін позициясынан. Инженерлер «көктемгі мөлшерлеме" Ньютон-миллиметр/градус сияқты бірліктерде, ол айналудың әрбір дәрежесі үшін қанша момент пайда болатынын анықтайды.

Біз инженерлермен жұмыс істегенде, бұл ең маңызды әңгіме. Олар айтуы мүмкін, «Маған бұл қақпақты ашық ұстау керек 2 N-m of force when it's at 90 градус." Біздің міндетіміз - нақты бұрышта дәл осы моментке қол жеткізетін серіппе жасау. Біз сым өлшемін реттейміз, катушка диаметрі, және осы мақсатқа жету үшін катушкалар саны. We also have to consider the maximum angle the spring will travel to ensure the wire isn't overstressed, бұл оның тұрақты деформациялануына немесе бұзылуына әкелуі мүмкін.

Белгілі бір күш үшін жобалау

Механизмнің мақсаты - қажетті уақытта қажетті күш мөлшерін қолдану. This is controlled by the spring's design and its position within the assembly.

• Көктем жылдамдығын анықтау: Көктемгі мөлшерлеме есептеудің өзегі болып табылады. А «қатты" көктемнің қарқыны жоғары (градусқа көбірек момент жасайды), ал «жұмсақ" көктемгі көрсеткіш төмен. Бұл серіппенің физикалық қасиеттерімен анықталады.
• Бастапқы кернеу және алдын ала жүктеме: Кейбір механизмдерде, the spring is installed so that its legs are already slightly deflected even in the resting state. Бұл алдын ала жүктеме немесе бастапқы кернеу деп аталады. It ensures that the spring is already exerting some force from the very beginning of its movement, which can eliminate looseness or rattles in the mechanism.
• Максималды ауытқу және кернеу: Сіз серіппенің бұрылатын ең үлкен бұрышын білуіңіз керек. Серіппенің серпімді шегінен асып кетуі оның түсуіне әкеледі, meaning it won't return to its original shape and will lose most of its force. We always design with a safety margin to prevent this.

Бұралу механизміндегі ең көп тараған сәтсіздік нүктелері қандай?

Сіздің прототипіңіз жұмыс істейді, but you're worried about its long-term reliability. Өндіріске кіріспес бұрын оларды нығайта алу үшін қандай бөлшектердің сынуы ықтимал екенін білгіңіз келеді.

Ең жиі кездесетін сәтсіздік нүктелері көктемгі шаршау болып табылады, дұрыс емес орнату, және серіппелі аяқ пен қозғалатын бөліктің жанасу нүктесінде тозу. Серіппенің бұралуына мүмкіндік беретін кішігірім арба тағы бір жиі кездесетін мәселе.

I've inspected hundreds of failed mechanisms over the years. The most common story is fatigue failure. Серіппе мыңдаған рет қолданылғаннан кейін жай ғана бұзылады. Бұл әрқашан дұрыс емес материал таңдалғандықтан немесе сымдағы кернеу қолдану үшін тым жоғары болғандықтан болады. 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 цикл өмірі[^ 1] to the product's intended use.

Төзімділік үшін құрылыс

Сенімді механизм ақылды дизайн арқылы жалпы сәтсіздіктерді болжайды және алдын алады материалды таңдау[^ 2].

• Көктемгі шаршау: Бұл бірнеше рет тиеу және түсіру нәтижесінде пайда болатын сыну. Ол әдетте ең жоғары стресс нүктесінде орын алады, which is often where the leg bends away from the spring's body. Бұл күшті материалды пайдалану арқылы алдын алуға болады (музыка сымы сияқты), кернеуді азайту үшін үлкенірек сым диаметрін таңдау, немесе тегістеу сияқты процестерді қолдану.
• Бекіту нүктесінің сәтсіздігі: Қозғалмайтын аяқты ұстайтын ұя немесе түйреуіш жеткілікті күшті болмаса, it can deform or break under the spring's constant force. Корпустың материалы қысымға төтеп бере алатындай берік болуы керек.
• Тозу және Галлинг: Серіппенің белсенді аяғы қозғалатын құрамдас бөлікке үнемі үйкеледі. Біршама уақыттан кейін, бұл корпуста немесе аяқтың өзінде ойықтың тозуына әкелуі мүмкін. Қатты болат кірістіруді немесе контакт орнында роликті пайдалану көп қолданылатын механизмдерде бұл мәселені жоюға болады.

Қорытынды

Табысты бұралу серіппесі механизмі серіппе болатын толық жүйе болып табылады, білік, және якорьлер дәл жеткізу үшін бірге жұмыс істеуге арналған, өнімнің қызмет ету мерзімі үшін қайталанатын айналу күші.

[^ 1]: Циклдың қызмет ету мерзімін түсіну олардың мақсатты пайдалану талаптарына сәйкес келетін серіппелерді жобалауға көмектеседі.
[^ 2]: Тиісті материалдарды таңдау механизміңіздің өнімділігі мен ұзақ мерзімділігі үшін өте маңызды.