ねじりばねのトルク許容差：線径が限界を決める理由

カスタムねじりばねの紛争のほとんどは、材料グレードに関するものではありません。それは、顧客の治具で測定されたトルクが図面の許容差から外れていることです。その理由は、ほとんどの場合、巻線機ではなくワイヤーにあります。トルクは線径の4乗に依存するため、直径のわずかな変動でも、ばねが形成される前に増幅されます。

この記事では、ねじりばねのトルクの許容差チェーンと、完成したばねが最初にゲージを通過するようにワイヤーを指定する方法について説明します。

4乗の法則

丸線ねじりばねの場合、トルクは弾性率、線径の4乗、たわみ角に比例し、コイル径と有効コイル数に反比例します。実際の結果：線径の1％の変化はトルクを約4％変化させますが、コイル径の1％の変化はトルクを1％変化させます。

直径1.0 mmのワイヤーでは、標準のh9公差0.025 mmはすでに直径の2.5％です。これは、弾性率のばらつきや脚部の形状の寄与なしに、約10％のトルク変動に相当します。これが、標準的な市販ワイヤーではプラスマイナス10％よりタイトなトルク許容差を提供できない理由です。

完全な許容差チェーン

線径

h9はばね線材の通常の出発点です。図面に8％未満のトルク許容差が記載されている場合は、h8またはワイヤーミルと合意した固定直径バンド（例：1.00 mm ± 0.008 mm）をお勧めします。よりタイトなバンドはミルロットとして注文する必要があります。なぜなら、ロットが混在するとばらつきが再導入されるからです。

弾性率

冷間引きの302および304は、約193 GPaで、典型的なロットのばらつきはプラスマイナス2％です。そのばらつきはトルクを同じ2％移動させるため、一度測定して一定と仮定するのではなく、スタックアップに含める必要があります。

脚部形状

脚の長さ、脚の角度、脚の付け根の曲げ半径はすべて、ばねが相手部品に接触する場所​​に影響します。脚の角度はプラスマイナス2度、脚の長さはワイヤー径2 mm以上のばねでプラスマイナス0.3 mmに保ち、要求に応じて両方の数値を締め付けます。脚の付け根の曲げ半径は、ワイヤー径の半分より小さくしてはいけません。そうしないと、脚が最初の疲労箇所になります。

巻線後の応力除去

巻線により残留応力が生じ、最初の数百サイクルで緩和されるため、冷間測定されたトルクは、顧客がサービスで使用するトルクではありません。200〜300℃で30〜60分間の低温緩和は、形状を安定させ、初期トルク損失を低減します。特に高インデックスのばねの場合です。

典型的な仕様ウィンドウ

用途

• クリップ、ラッチ、ダンパー機構
• 家電のドアと蓋のヒンジ
• 自動車内装用保持クリップ
• 医療および計器用クロージャー
• 電気スイッチおよびコンタクトスプリング

図面の書き方

線径と公差、外径、コイル数、脚の長さと脚の角度、トルクがチェックされる作動たわみ角、および測定に使用される治具ギャップを指定します。フリー位置ではなく、定義されたたわみ角に対するトルク許容差を記載します。なぜなら、応力除去後にフリー角度は移動しますが、固定角度でのトルクは移動しないからです。

TOPONEは1993年以来ステンレス鋼線材を製造しており、線材と巻線ねじりばねの両方を供給しています。これは、線材の公差とばねの公差が2つのサプライヤー間で交渉されるのではなく、1つの場所で合意されることを意味します。