Које су кључне варијабле у дизајну торзионих опруга?

Вашем производу је потребна одређена сила ротације, али генеричка опруга отказује. То доводи до лоших перформанси и поломљених делова. Одговарајући дизајн се фокусира на жицу, калемови, и ноге за савршену функцију.

Кључне варијабле у дизајну торзионих опруга су тип материјала и његова затезна чврстоћа, пречник жице, the body's coil diameter, и број активних калемова. These factors collectively determine the spring's torque output, ниво стреса, и ротациони капацитет.

I've seen many projects where a simple prototype works, али коначни производ пропада. The reason is often a misunderstanding of how the spring's physical properties create the force. It's a precise calculation, није нагађање. Да створи опругу која поуздано ради хиљадама циклуса, морамо да га конструишемо од жице нагоре. Let's start with the most important question: how much force do you actually need?

Како се израчунава обртни момент за торзиону опругу?

Поклопац вам је претежак или се залупи. The wrong spring torque ruins the product's feel. Израчунавамо брзину опруге да бисмо испоручили тачну силу која вам је потребна за контролисано кретање.

Обртни момент се израчунава множењем брзине опруге са степенима угаоног хода. The spring rate itself is determined by the material's modulus of elasticity, пречник жице, и број калемова. Ово нам омогућава да конструишемо опругу која обезбеђује прецизну, предвидљива сила у било којој позицији.

Сећам се клијента који је развијао врхунску комерцијалну посуду за смеће са самозатварајућим поклопцем. Њихов први прототип користио је опругу која је била превише јака. Поклопац се залупио уз гласан прасак, што се чинило јефтиним и представљало потенцијалну опасност по безбедност. They gave us the lid's weight and the distance from the hinge, и израчунали смо тачан обртни момент потребан да се полако и тихо затвори. Затим смо радили уназад да дизајнирамо опругу са савршеном стопом опруге. Коначни производ је био глатки и квалитетан, и то позитивно корисничко искуство се сводило на исправан прорачун обртног момента.

Тхе Фоундатион оф Форце: Спринг Рате

Пролећна стопа је душа дизајна. Дефинише колико се опруга „гура уназад" за сваки степен је рана.

• Шта је Спринг Рате? It's a measure of the spring's stiffness, expressed in torque per degree of rotation (нпр., Н-мм/степен или ин-лб/степен). Опруга са великом брзином је веома крута, док се онај са ниском стопом осећа меканим. Наш циљ је да ову стопу ускладимо са силом коју захтева ваш механизам.
• Кључни фактори: Стопа пролећа није произвољна. It is a direct result of the material's properties (Модул еластичности), пречник жице, пречник завојнице, и број активних калемова. Пречник жице има најзначајнији утицај—мала промена дебљине жице изазива огромну промену брзине опруге.

Зашто су пречник завојнице и величина шипке толико важни?

Твоје пролеће изгледа савршено, али се везује или ломи током инсталације. You didn't account for how the spring's diameter changes under load, узрокујући да пропадне пре него што и почне да ради.

Унутрашњи пречник торзионе опруге мора бити већи од осовине (арбор) монтира се на. Како је опруга намотана, његов пречник се смањује. If the clearance is too small, опруга ће везати за сјеницу, изазивајући трење, неправилан учинак, и катастрофални неуспех.

Радили смо са инжењерским тимом на делу аутоматизоване машине која је користила торзиону опругу да врати роботску руку. Њихов ЦАД модел је изгледао добро, али у тестирању, опруге су се стално ломиле на делић свог израчунатог века. I asked them for the arbor diameter and the spring's inside diameter. Када су опругу навили до коначног положаја, клиренс је био скоро нула. Опруга је брусила о осовину са сваким циклусом. Ово интензивно трење стварало је слабу тачку и узроковало је да пукне. Редизајнирали смо опругу са нешто већим унутрашњим пречником, и проблем је потпуно нестао. То је једноставан детаљ који је апсолутно критичан.

Дизајнирање за динамичко уклапање

Торзиона опруга није статична компонента; његове димензије се мењају у раду.

• Правило намотавања: Као торзиона опруга је намотана у правцу који затвара завојнице, пречник калема се стеже и постаје мањи. Дужина тела опруге такође постаје нешто дужа како се завојнице притискају заједно. Ово је основно понашање које се мора узети у обзир у дизајну.
• Израчунавање клиренса: Препоручујемо дозволу од најмање 10% between the arbor and the spring's inner diameter at its most tightly wound position. На пример, if a spring's ID tightens to 11mm under full load, арбор не би требало да буде већи од 10 мм. Ово спречава везивање и осигурава да опруга може слободно да ради. Професионални дизајнер пролећа ће увек извршити овај прорачун.

Да ли правац намотаја заиста утиче на перформансе опруге?

Опруга је постављена и одмах се деформише. Оптерећени сте опругу на начин да је одмотате, узрокујући да изгуби сву снагу и трајно упропасти део.

Да, смер намотаја је критичан. Торзиона опруга треба увек бити оптерећена у правцу који затеже или затвара њене намотаје. Примена силе у супротном смеру ће одмотати опругу, узрокујући да се попушта, изгуби свој обртни момент, и пропасти скоро одмах.

Ово је једна од првих ствари које потврђујемо на сваком новом дизајну. A customer once sent us a drawing for a "right-hand wound" пролеће. Произвели смо га тачно по њиховим спецификацијама. Недељу дана касније су звали, фрустриран, рекавши да су све опруге „отказале." После краћег разговора и неколико фотографија, we realized their mechanism loaded the spring in a counter-clockwise direction. Заправо им је била потребна опруга за леву рану. Направили смо нову серију за њих, и савршено су радили. It highlights how a spring can be perfectly manufactured but still fail if it's not correctly specified for its application. Увек питамо, "Which way will you be turning it?"

Виндинг, Стрес, и правилно учитавање

Правац ветра одређује како опруга безбедно управља стресом.

• Десна рука вс. Лева рука: Опруга са десне стране је као стандардни вијак; калемови се удаљавају од вас док га окрећете у смеру казаљке на сату. Опруга са леве стране је супротна. Избор у потпуности зависи од тога како ће опруга бити оптерећена у вашем склопу.
• Stress Distribution: Када набијете опругу у правом смеру (затезање калемова), the bending stress is distributed favorably across the wire's cross-section. Када га учитате у погрешном правцу (отварање калемова), стрес се концентрише на другу тачку, што доводи до много виших нивоа напрезања и узрокује попуштање материјала. Опруга се у суштини само савија и уништава.

Закључак

Одговарајући дизајн торзионе опруге балансира обртни момент, димензије, и правац. Конструисањем ових варијабли заједно, стварамо поуздану компоненту која ради тачно онако како ваш производ захтева, cycle after cycle.