EN
Торсионните пружини са незаменими механични компоненти, широко използвани в автомобилни части, домакински уреди, промишлени машини, медицинско оборудване и ежедневни фурнитури. За разлика от пружините за компресия и удължение, които понасят линейна сила, торсионните пружини понасят въртящ момент и съхраняват и освобождават ротационна енергия, за да изпълняват функции като връщане в начално положение, въртене и стягане.
1. Основна формула за въртящ момент на торсионни пружини
T = (E × d⁴ × θ) / (3660 × D × N)
За гарантиране на точността на изчисленията всички параметри трябва да бъдат изразени в единни индустриални стандартни единици. Подробните определения са дадени по-долу:
-
E (Модул на еластичност) : Модул на Юнг на пружинния материал. За обикновена въглеродна стомана и неръждаема стомана, E = 206000 MPa (фиксирани стойности за често използваните пружинни материали)
-
θ (Ъгъл на деформация) : Ефективният ъгъл на завъртане на пружината под товар, единица: градус (°)
-
N (Брой активни навивки) : Ефективните работни навивки на усукващата пружина (без затворените крайни навивки и неефективните навивки)
В практически инженерни приложения обикновено трябва да изчислим скоростта на усукващата пружина (врътящ момент на градус) , която представлява врътящия момент, необходим за завъртане на пружината с 1 градус. Този параметър е по-интуитивен за избора на пружина и конструктивното проектиране.
K = Скорост на усукващата пружина, единица: N·mm/°
3. Да се съобразяваме. Пример за изчисляване на въртящия момент на торсионния пружина стъпка по стъпка
-
Материал на пружината: 304 неръждаема стомана (E = 206000 MPa)
-
Средният диаметър на намотката D = 12 mm
-
Работен ъгъл на отклонение θ = 90°
Стъпка 1: Изчислете скоростта на пружината K
K = (206000 × 16) / 175680
Стъпка 2: Изчислете крайния работен въртящ момент T
Крайният въртящ момент на тази торсионна пружина при ъгъл на въртене 90° е 1688,4 N·mm.
Въз основа на формулата за изчисление можем да обобщим основните фактори, които определят въртящия момент на торсионната пружина, които могат да ви насочат при персонализиране и регулиране на пружините:
Кръговият момент е пропорционален на четвъртата степен на диаметъра на жицата . Това е най-чувствителният параметър. Леко увеличение на диаметъра на жицата води до рязко повишаване на въртящия момент на пружината. Например удвояването на диаметъра на жицата увеличава въртящия момент 16 пъти при същите условия.
Въртящият момент е обратнопропорционален на диаметъра на навивката. Колкото по-голям е диаметърът на пружинната навивка, толкова по-малък е изходният въртящ момент; колкото по-малък е диаметърът на навивката, толкова по-голяма е усукващата сила.
Броят на активните навивки е обратнопропорционален на въртящия момент. Повече активни навивки означават по-мека усукваща пружина и по-малък въртящ момент; по-малко активни навивки означават по-твърда пружина и по-голям въртящ момент.
Различните материали за пружини имат различни стойности на модула на еластичност E. Високопрочната сплавена пружинна стомана има по-висок модул на еластичност от обикновената въглеродна стомана, затова може да осигурява по-голям въртящ момент при същите размери.
При реалните изчисления и приложения много проектиращи специалисти допускат грешки, които водят до некачествени пружинни изделия. По-долу са обобщени ключовите предпазни мерки за справка:
-
Контролиране на обхвата на ъгъла на отклонение : Витите пружини имат безопасен обхват на ъгъла на въртене. Прекомерното отклонение (надвишаване на проектния лимит) води до пластична деформация и резултира в постоянна загуба на въртящ момент. Обичайният безопасен обхват на отклонение е 0–180°.
-
Вземане под внимание на умората : За пружини, които работят често и продължително време, при първоначалното изчисление трябва да се предвиди запас от 5–10 % въртящ момент, за да се избегне намаляване на въртящия момент след цикли на умора.
6. Често задавани въпроси (ЧЗВ)
Коефициентът на пружината (K) е фиксирана характеристика на пружината и представлява въртящия момент на градус завъртане; въртящият момент (T) е променлива величина, която се променя с ъгъла на отклонение. Коефициентът определя производителността на въртящия момент на пружината.
Тази стандартна формула е приложима за всички обичайни цилиндрични вити пружини с еднакъв диаметър на жицата и правилно разстояние между навивките. Тя не е приложима за специално оформени вити пружини, пружини с променлив диаметър и нестандартни персонализирани пружини, за които е необходим анализ с крайни елементи за корекция.
Ако въртящият момент е недостатъчен: подходящо увеличете диаметъра на жицата, намалете диаметъра на навивката или намалете броя на активните навивки. Ако въртящият момент е твърде голям: намалете диаметъра на жицата, увеличете диаметъра на навивката или увеличете броя на активните навивки.
Специалист по метод за изчисляване на въртящия момент на торсионна пружина е основа за проектиране, избор и персонализиране на пружини. Чрез използване на стандартната формула за въртящ момент и формулата за скорост на пружина в това ръководство можете да извършите точни теоретични изчисления за повечето обикновени торсионни пружини. Разумното изчисляване на въртящия момент може ефективно да предотврати повреда на пружината, да намали разходите за поддръжка на оборудването и да подобри стабилността на механичните конструкции.