Jak určit směr vinutí (levý nebo pravý) nerezových torzních pružin podle požadavků aplikace

Jako přesná mechanická součást je směr vinutí a torzní pružina z nerezové oceli není libovolné; je určeno přísnými technickými požadavky a požadavky na aplikace. Správná volba levého nebo pravého vinutí je zásadní pro zajištění výkonu pružiny, prodloužení únavové životnosti a prevenci selhání. Z profesionálního hlediska je základním principem pro volbu směru vinutí torzní pružiny to, že směr napětí-moment během provozu musí způsobit utažení závitů pružiny (snížení vnitřního průměru), nikoli roztažení (zvětšení vnitřního průměru).

Definice a posouzení směru vinutí

Než se ponoříme do mechanismu výběru, je důležité ujasnit si definice levého a pravého vinutí.

Pravé vinutí (RH): Z pohledu pozorovatele, když se koncový drát pružiny dále prodlužuje ve směru hodinových ručiček, považuje se pružina za pravostranně vinutá.

Levostranné vinutí (LH): Z pohledu pozorovatele, když se koncový drát pružiny dále prodlužuje proti směru hodinových ručiček, je pružina považována za levostranně navinutou.

V praxi lze pružinu držet vzpřímeně s palcem nahoru a ohnutými prsty. Pokud je směr cívky zarovnaný se směrem ohýbání prstů pravé ruky, je to pravák; pokud se zarovná se směrem ohýbání prstů levé ruky, je to levák. Toto určení tvoří základ pro všechny následné analýzy aplikace kroucení.

Základní principy výběru na základě stresových charakteristik

Primární funkcí torzní pružiny z nerezové oceli je ukládat a uvolňovat úhlovou energii, čímž je cívka vystavena ohybovému namáhání. Volba směru vinutí přímo ovlivňuje kombinovaný účinek tvářecího zbytkového napětí a pracovního napětí, což je rozhodující pro stanovení únavové životnosti pružiny.

Symetrické účinky zbytkového a pracovního stresu:

Během procesu výroby a navíjení torzní pružiny vzniká v drátu zbytkové napětí. Toto zbytkové napětí je tlakové na vnější straně drátu a tahové na vnitřní straně.

Ideální konstrukce je zajistit, aby ohybové napětí generované pracovním momentem a zbytkové napětí generované procesem navíjení byly v opačných směrech, čímž se vzájemně kompenzují a účinně snižují maximální napětí na povrchu pružiny.

Změna průměru cívky:

Když je pružina vystavena torznímu zatížení, změní se její vnitřní průměr.

Když směr zatížení napíná cívku (zmenšuje vnitřní průměr), tahové napětí na vnitřní straně drátu se snižuje, což pomáhá zlepšit únavovou pevnost.

Když směr zatížení roztáhne cívku (zvětší vnitřní průměr), zvýší se tahové napětí na vnitřní straně drátu, což zhoršuje koncentraci napětí a snadno vede k předčasnému selhání.

Závěrečný princip: Pravotočivé pružiny by měly působit ve směru hodinových ručiček; levotočivé pružiny by měly působit proti směru hodinových ručiček. Jinými slovy, pružina musí být zatížena ve směru, který zmenšuje průměr cívky.

Určení směru v typických aplikačních scénářích

Ve složitých mechanických systémech lze aplikační požadavky momentových pružin shrnout do následujících kategorií, které určují jejich směr vinutí:

Jednosměrné systémy pohonu a resetování:

Požadavek: Pokud se pružina používá k zajištění krouticího momentu v jednom směru (například k zavření dveří nebo resetování páky), musí být nejprve určen směr otáčení hnací součásti.

Výběr: Pokud aplikace vyžaduje vratný moment pružiny ve směru hodinových ručiček, musí se pružina při zatížení otáčet proti směru hodinových ručiček (pro uložení energie), takže by měla být zvolena levá pružina. Naopak, pokud je požadován vratný moment proti směru hodinových ručiček, měla by být zvolena pravá pružina.

Dvoupružinový vyvážený systém (např. garážová vrata):

Požadavek: V těžkých vyvážených systémech, jako jsou garážová vrata, se obvykle používají dvě momentové pružiny namontované na obou koncích momentové trubky. Musí poskytovat opačné krouticí momenty, aby vyrovnaly hmotnost dveří a zabránily vychýlení hřídele.

Výběr: Při pohledu na garážová vrata je levá pružina typicky pravotočivá (poskytuje kroutící moment ve směru hodinových ručiček), zatímco pravá pružina je obvykle levotočivá (poskytuje krouticí moment proti směru hodinových ručiček), aby bylo zajištěno synchronní navíjení a uvolnění kabelu na obou stranách. Tato symetrická konfigurace je technickým požadavkem pro vyvážení sil.

Prostorová omezení a pohodlnost instalace:

U některých kompaktních zařízení mohou pružinové nohy překážet okolním součástem. Počáteční a konečná poloha nohou určuje požadovaný úhel natočení, přičemž směr navíjení ovlivňuje prostorovou vytíženost nohou.

Profesionální návrhy vyžadují 3D CAD modelování, aby bylo zajištěno, že pružina a její nohy se v plně vychýleném stavu nedotýkají jiných součástí, což usnadňuje montáž.

Vyhýbání se opatřením v profesionálním designu

Vyhněte se zpětnému zatížení: Za všech okolností se striktně vyhněte zatížení pružiny ve směru, který způsobí odvíjení závitů. To způsobí nejen prudké zvýšení napětí, ale může také způsobit ztrátu stoupání, zvýšit tření mezi cívkami a zhoršit opotřebení.

Uložení trnu: Ať už se navíjí vlevo nebo vpravo, vnitřní průměr se při zatížení zmenšuje. Při navrhování průměru trnu se musí jako referenční použít minimální vnitřní průměr v plně vychýleném stavu, který umožňuje dostatečnou vůli, aby se zabránilo váznutí nebo nadměrnému tření.