Пружина кручения — это механическая пружина, которая работает за счет приложения крутящего момента или крутящей силы при скручивании вдоль своей оси. Пружина изготовлена из металлической проволоки, намотанной в спиралевидной форме, при этом один конец проволоки соединен с неподвижной точкой, а другой конец — с вращающейся точкой. Когда точка вращения вращается, пружина накапливает энергию за счет скручивания, а когда вращательная сила отпускается, пружина высвобождает и высвобождает накопленную энергию. Хотя название подразумевает и другие значения, торсионные пружины несут изгибающее, а не крутящее напряжение. Они могут накапливать и высвобождать угловую энергию или статически фиксировать механизм на месте, заставляя ноги отклоняться вокруг центральной оси тела.
Динамометрические пружины обычно плотно намотаны, но могут иметь шаг для уменьшения трения между витками. Торсионная пружина может противостоять силе, оказываемой на скручивание или вращение. В зависимости от применения, торсионная пружина может быть сконструирована так, чтобы вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки, что будет определять направление ветра.

Конструкция торсионной пружины предназначена для хранения и высвобождения угловой энергии или для статической фиксации механизма, заставляя ножки отклоняться вокруг центральной оси тела. При отклонении данного типа пружины в предпочтительном направлении производственного ветра диаметр основного корпуса уменьшится, а длина основного корпуса немного увеличится.

Пружины крутящего момента имеют широкий спектр применения и незаменимы в различных отраслях промышленности. Распространенные примеры применения торсионных пружин включают:
Автомобильная промышленность: рессорные пружины используются для дверных петель и подвески транспортных средств, помогая обеспечить бесперебойную работу этих компонентов
Дом: Эти пружины подходят для гаражных ворот, прищепок и планшетов, помогая им работать без проблем.
Электронная промышленность: Динамометрические пружины играют решающую роль в работе переключателей и камер, что делает их важным компонентом электронных устройств.
Игрушки и потребительские товары: они используются для игрушек, часов и других потребительских товаров, требующих вращательной силы.
Механические: Торсионные пружины обычно используются в различных типах оборудования для обеспечения бесперебойной работы рычагов и других компонентов.
Судостроение и спортивная промышленность на открытом воздухе: Витые пружины используются в спасательных устройствах, таких как личные ступеньки для посадки на судно, и их долговечность и коррозионная стойкость имеют решающее значение.

При проектировании торсионной пружины важно учитывать ваше применение и то, нужны ли вам круглые, прямоугольные или нерегулярные провода (например, квадратные провода). Самая простая и распространенная конструкция торсионной пружины представляет собой монолитную торсионную пружину из прямоугольной проволоки, с прямыми концами на обоих концах, но этот формат конструкции может быть изменен путем изгиба и формования.
В связи с тем, что во время сборки подшипники/соединители ног должны располагаться слева или справа, направление производственного ветра также важно для торсионных пружин. Торсионная пружина обычно поддерживается стержнем (оправкой), который выровнен по теоретической линии шарнира конечного продукта. Конструкция пружин с двойным кручением более сложна и требует учета методов изготовления. Двойные торсионные пружины наматываются с центра, а одинарные торсионные пружины наматываются с обоих концов.

Конструкция торсионной пружины направлена на накопление и высвобождение энергии или фиксацию механизма на месте путем отклонения оси вокруг центральной линии основного корпуса. При отклонении в нужную сторону они уменьшают диаметр корпуса и увеличивают его длину.
Направление намотки торсионной пружины должно соответствовать конкретным требованиям ее применения. При сборке несущие ножки должны располагаться с правильной стороны (слева или справа) для обеспечения правильного выравнивания. Торсионная пружина опирается на шпиндель, соответствующий линии шарнира приложения.
внутренний диаметр
Внутренний диаметр торсионной пружины равен ширине внутри спирали витка, измеренной перпендикулярно центральной оси. Этот размер определяет внешний диаметр вала или оправки, которые могут быть плавно нагружены в пружину. Для оптимальной работы рекомендуется предусмотреть зазор во внутреннем диаметре в 10%, чтобы вставляемые компоненты могли свободно перемещаться.
наружный диаметр
Внешний диаметр торсионной пружины — это ширина за пределами спирали витка, измеренная перпендикулярно осевой линии. Этот размер определяет диаметр отверстия для вставки пружины с учетом всех необходимых зазоров, требуемых для обеспечения свободной работы пружины.
Диаметр проволоки
Диаметр проволоки относится к толщине проволоки, используемой для намотки и формирования торсионных пружин.
Средний диаметр рассчитывается путем вычитания диаметра проволоки из наружного диаметра и используется для расчета напряжений и жесткости пружин.
Длина корпуса
Основная длина торсионной пружины измеряется, когда пружина находится в ненагруженном состоянии, и определяется путем измерения наружной поверхности торцевой катушки. При приложении крутящего момента длина основного корпуса увеличивается, а диаметр пружины уменьшается.
длина ног
Длина ножки торсионной пружины относится к расстоянию от конца ножки пружины до центральной оси витка. Это повлияет на нагрузку или крутящий момент, необходимые для хранения энергии в пружине. Чем короче ножка, тем больше крутящий момент, необходимый для изгиба катушки. Кроме того, ножки торсионной пружины могут иметь разную длину.
Автобусное кольцо
Общее количество витков в торсионной пружине относится к эффективному количеству витков в витке. Эффективная катушка — это катушка, которая скручивается или отклоняется под нагрузкой и высвобождает энергию при отпускании пружины. Из-за неактивных катушек, занятых ножками, общее количество катушек на шине немного меньше общего количества катушек. Для торсионной пружины с углом ножки 0° в свободном положении общее значение витка равно целому числу.
Размеры торсионной пружины
битум
Шаг торсионной пружины — это расстояние по осевой линии между двумя соседними эффективными витками. В плотно намотанной пружине шаг примерно равен диаметру проволоки. Тем не менее, плотные намотанные пружины создают значительные силы трения в процессе прогиба. Обычно рекомендуется указывать общее количество оборотов и длину корпуса торсионной пружины, а не шаг.
направление намотки
Направление намотки торсионной пружины специфично, она может быть правосторонней или левосторонней. При намотке вправо катушка вращается по часовой стрелке, а при накрутке влево катушка вращается против часовой стрелки. Наблюдая за верхом торсионной пружины, можно легко определить направление намотки.
Конструкция торсионных пружин должна обеспечивать постоянство нагрузки и направления намотки. Если направление нагрузки и намотки должно быть противоположным, нагрузка и угловой прогиб должны быть уменьшены.
Понимание направления намотки имеет решающее значение для нормального функционирования торсионной пружины, так как оно определяет направление прогиба. Размещение торсионных пружин в приложениях зависит от направления намотки, что может повлиять на положение и движение передних и задних ног.
При использовании торсионных пружин для правой руки задние ноги будут поворачиваться по часовой стрелке, а передние – против часовой стрелки. Для левосторонних торсионных пружин ситуация прямо противоположная: задние ноги будут двигаться против часовой стрелки, а передние – по часовой стрелке.
Направление намотки пружины кручения
Угол наклона ноги
Угол наклона ножки торсионной пружины — это угол между ногами, когда пружина не нагружена, в диапазоне от 0° до 360°. Общие стандартные углы ножек торсионной пружины в магазинах составляют 90°, 180°, 270° и 360°. Кроме того, производители могут настраивать углы ног в соответствии с конкретными требованиями клиентов.
Угол наклона ноги
Угол наклона ноги будет влиять на общее количество оборотов торсионной пружины. Как уже говорилось ранее, количество катушек шины немного меньше, чем общее количество катушек в обмотке. Следующая формула описывает взаимосвязь между углом наклона ноги и количеством поворотов автобуса.
Угол ножки в свободном положении = количество неактивных катушек (дробное значение) x 360 °
Направление ног
Направление ножки торсионной пружины относится к тому, как ножка изгибается относительно диаметра пружины. Резкий изгиб опорных ножек может ограничить несущую способность пружины, так как напряжение часто концентрируется в области изгиба. К распространенным типам направлений участков относятся осевое, тангенциальное, радиальное и радиальное тангенциальное. Среди них тангенциальная конфигурация ног несет минимальную нагрузку.
Направление ног
Стиль ног
Ножки торсионной пружины могут быть скручиваемыми, изогнутыми, зацепленными или петлями для удобства установки и эксплуатации. Ниже приведены распространенные стили ножек для торсионных пружин, но индивидуальные стили ножек могут быть предоставлены в соответствии с требованиями заказчика.
Прямая штанина
Прямая смещенная ножка
Короткий конец крючка
шарнирный конец
Круглый конец
Стиль ног
Работоспособность торсионной пружины определяется следующими характеристиками и параметрами:
Весенний индекс
Индекс пружины – это отношение среднего диаметра к диаметру проволоки торсионной пружины. Он дает представление о герметичности, прочности и технологичности пружинных витков. За счет уменьшения индекса пружины прочность пружины может быть увеличена за счет увеличения диаметра проволоки или уменьшения наружного диаметра пружины. По сравнению с тонкими проволочными пружинами, толстые проволочные пружины обладают большей прочностью. Снижение индекса пружины приведет к затягиванию катушки и увеличению усилия, но также увеличит сжимающее напряжение на катушке. Из-за повышенного износа пресс-формы и дополнительной обработки, необходимой для продления срока службы, изготовление пружин с более низкими индексами становится более сложным. Пружины с индексом ниже 4 или выше 25 не могут быть изготовлены, а идеальный диапазон обычно составляет от 6 до 12.
Угловой прогиб
Угловой прогиб — это угловое расстояние, на котором одна ножка торсионной пружины перемещается из свободного положения в нагруженное состояние.
угловое смещение
максимальный прогиб
Максимально допустимый прогиб — это максимальный угловой прогиб, который торсионная пружина может достичь под нагрузкой, без изгиба или чрезмерного напряжения. Если пружина превышает этот прогиб, катушка может не вернуться в исходное положение после снятия груза из-за податливости материала.
Максимальный угловой прогиб – это степень, до которой крутильная пружина может закручиваться под нагрузкой, за пределами которой она будет изгибаться из-за чрезмерного напряжения. Как правило, торсионные пружины с большим диаметром и большим количеством витков имеют более высокую прогибающую способность. Например, пружины для гаражных ворот могут выдерживать многократные обороты без изгиба благодаря большому количеству витков и низкому расчетному напряжению.
Максимальная нагрузка
Максимальная нагрузка — это максимальный крутящий момент, который торсионная пружина может приложить к ножке пружины перед изгибом. Несущая способность торсионной пружины ограничена максимальным прогибом или максимальной нагрузкой (в зависимости от того, что наступит раньше).
Жесткость пружины
Жесткость пружины — это мера вращательной силы, приложенной к пружине кручения на единицу углового смещения. Для расчета жесткости пружины круглой спиральной крутильной пружины можно использовать следующую формулу:
Прочность пружины на градус (фунты дюймов/градус)=. PL/Θ = E xd^4 / 3888 x D x Na
В этом уравнении P представляет нагрузку, L представляет силовое плечо, Θ представляет угловое смещение, d представляет диаметр проволоки, D представляет средний диаметр, Na представляет эффективное количество витков, а E представляет модуль упругости материала. Константа 3888 — это теоретический коэффициент, используемый для регулировки трения между соседними витками и между корпусом пружины и подключенными компонентами.
В следующей таблице приведен модуль упругости различных типов пружинных проволок с кручением, который имеет решающее значение для расчета жесткости пружины:
Модуль упругости пружинной проволоки
Модуль упругости пружинной проволоки (psi x 10 6)
Музыкальная линия 30
Нержавеющая сталь марок 302, 304 и 316 28
17-7 нержавеющая сталь 29,5
Хром ванадий тридцать
Хромистый кремний тридцать
Фосфор бронзовый 15
Постоянная пружины связана с крутящим моментом и угловым смещением, как показано в следующем уравнении. Эта зависимость помогает определить величину крутящего момента, необходимую для конкретного углового смещения, или величину углового смещения, необходимую для создания определенной силы.
Угловое смещение = крутящий момент/жесткость пружины
Крутящий момент = жесткость пружины x угловое смещение
давление
Изгибающее напряжение винтовой пружины кручения можно рассчитать по следующей формуле:
Изгибающее напряжение (psi) = 32 PLK/π d³
Здесь K представляет собой поправочный коэффициент на напряжение изгиба. Когда крутящий момент прикладывается к торсионной пружине, как внутренний, так и внешний диаметры увеличиваются из-за более высокого изгибающего напряжения на внутренней поверхности по сравнению с внешней. Для круглых спиральных пружин кручения поправочный коэффициент на напряжение изгиба для внутреннего диаметра рассчитывается по следующей формуле, разработанной компанией Wahl:
Идентификатор ключевой информации=[4C ² - C-1]/[4C (C-1)]
Здесь \ (C \) представляет индекс пружины. Напряжение изгиба на внутреннем и внешнем диаметрах можно приблизительно рассчитать по следующей формуле:
Идентификатор ключевой информации=[4C-1]/[4C-4]
КОД = [4C + 1] / [4C + 4]
Пружина кручения должна быть нагружена в направлении, которое приводит к уменьшению диаметра пружины, так как приложение остаточного напряжения формирования в этом направлении является полезным.