動力彈簧采用扁平(無應力)鋼帶纏繞,而預應力動力彈簧使用預應力鋼來產生比傳統動力彈簧更大的可用扭矩范圍。預應力動力彈簧可以更快地達到可用扭矩,更小、更輕、范圍(圈數)更長、不需要太多潤滑,并且操作起來更加平穩。
在制造過程中,彈簧被纏繞到固定環或客戶的外殼中,準備好最終安裝時,將彈簧小心地插入其外殼中,外端固定到外邊緣,內端連接到心軸(見下圖)。在操作過程中,表殼或心軸將被固定,而另一個部件則可以自由旋轉。根據具體設計的要求,使用固定心軸/自由箱或自由箱/固定心軸布置可能會更有利。
現在我們已經了解了基礎知識,讓我們來看看動力彈簧設計中最常見的 5 個問題:
1.心軸過大
我們從客戶的要求中看到的一個常見問題是設計中盒子尺寸過小而心軸過大。這可能會導致各種問題,包括綁定和不穩定的運動。您的彈簧需要空間來完成其工作!
重要的是要了解,每次心軸和表殼相對旋轉時,彈簧材料都會移動。當彈簧纏繞時,外部線圈向中間移動,接合更多的彈簧以提供相反方向的扭矩。當彈簧松開時,外部線圈會恢復到自然狀態。彈簧材料從外到內的行程對于提供扭矩至關重要。如果這個空間有限,性能就會受到影響。
2.低估重量。
如果您計劃使用彈簧來推動、拉動或以其他方式推動包含彈簧的組件,則需要考慮該彈簧的重量。我們已經看到了彈簧動力車輛的概念:動力彈簧可能是玩具車儲存能量的有效方式,但我們尚未看到成功的自行車、汽車或游艇彈簧發動機投入生產。
當您增加動力彈簧所需的扭矩和圈數時,您將不可避免地增加彈簧的尺寸。通過增加彈簧的尺寸,您還可以設計更重的彈簧。較重的彈簧將需要更大的扭矩來克服增加的重量。
3. 對動力彈簧期望過高。
我們喜歡制作彈簧,但我們也知道彈簧并不總是解決問題的辦法。彈簧的容量有限,只有在有足夠的空間和材料進行操作時才能發揮作用。需要大量匝數的設計將包含很長的鋼帶,這需要大量的操作空間。更強的彈簧將需要額外的空間來允許厚度和寬度也增加。
4. 彈簧提供最大恒定扭矩。
一個常見的誤解是,彈簧的最大扭矩是在其整個旋轉范圍(圈數)中看到的。這是不正確的。彈簧需要幾圈(稱為加速期)才能達到有用范圍,即我們所說的“有用圈數”。當纏繞較少圈數時,彈簧將提供低于最大值的扭矩。
5. 忘記考慮安裝問題——最終細節至關重要。
為你的彈簧提供一些可以固定的東西很重要,但也要保持彈簧末端簡單。將彈簧安裝到其殼體中的方法有多種,但端部細節的設計會影響彈簧的操作、彈簧安裝的難易程度以及制造零件的能力。
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