Tolerancja momentu obrotowego sprężyny skrętnej: dlaczego średnica drutu wyznacza granicę

Większość sporów dotyczących niestandardowych sprężyn skrętnych nie dotyczy gatunku materiału. Dotyczą one momentu obrotowego mierzonego na przyrządzie klienta, który wykracza poza tolerancję rysunkową. Przyczyną jest prawie zawsze drut, a nie maszyna do nawijania: moment obrotowy zależy od średnicy drutu do czwartej potęgi, więc każdy mikron zmienności średnicy jest wzmacniany, zanim sprężyna zostanie nawet uformowana.

Ten artykuł wyjaśnia łańcuch tolerancji dla momentu obrotowego sprężyny skrętnej i jak określić drut, aby gotowa sprężyna przeszła kontrolę za pierwszym razem.

Zasada czwartej potęgi

Dla sprężyny skrętnej z drutu okrągłego, moment obrotowy jest proporcjonalny do modułu sprężystości, średnicy drutu do czwartej potęgi, kąta ugięcia, a odwrotnie proporcjonalny do średnicy zwoju średniego i liczby zwojów aktywnych. Praktyczna konsekwencja: 1% zmiana średnicy drutu zmienia moment obrotowy o około 4%, podczas gdy 1% zmiana średnicy zwoju zmienia go o 1%.

Na drucie o średnicy 1,0 mm standardowa tolerancja h9 wynosząca 0,025 mm stanowi już 2,5% średnicy. Przekłada się to na około 10% zmienności momentu obrotowego, przed jakimkolwiek wkładem ze strony rozrzutu modułu lub geometrii ramion. Dlatego tolerancja momentu obrotowego mniejsza niż plus lub minus 10% nie może być dostarczona na standardowym drucie komercyjnym.

Pełny łańcuch tolerancji

Średnica drutu

h9 jest normalnym punktem wyjścia dla drutu sprężynowego. Tam, gdzie na rysunku podana jest tolerancja momentu obrotowego poniżej 8%, zalecamy h8 lub stały zakres średnicy uzgodniony z walcownią drutu, na przykład 1,00 mm plus lub minus 0,008 mm. Węższy zakres musi być zamawiany jako partia walcowni, ponieważ mieszane partie ponownie wprowadzają rozrzut.

Moduł sprężystości

Stal nierdzewna 302 i 304 ciągniona na zimno ma moduł sprężystości około 193 GPa z typowym rozrzutem partii wynoszącym plus lub minus 2%. Ten rozrzut przesuwa moment obrotowy o te same 2%, więc musi być uwzględniony w sumie tolerancji, zamiast być mierzony raz i zakładany jako stały.

Geometria ramion

Długość ramienia, kąt ramienia i promień gięcia u nasady ramienia wpływają na to, gdzie sprężyna styka się z częścią współpracującą. Utrzymujemy kąt ramienia w granicach plus lub minus 2 stopni, a długość ramienia w granicach plus lub minus 0,3 mm dla sprężyn o drucie powyżej 2 mm, zaostrzając obie wartości na życzenie. Promień gięcia u nasady ramienia nie powinien być mniejszy niż połowa średnicy drutu, w przeciwnym razie ramię stanie się pierwszym miejscem zmęczenia.

Odprężanie po nawinięciu

Nawijanie pozostawia naprężenia resztkowe, które rozluźniają się w ciągu pierwszych kilkuset cykli, więc moment obrotowy mierzony na zimno nie jest momentem obrotowym, który klient widzi w eksploatacji. Odprężanie w niskiej temperaturze przy 200-300 stopni C przez 30-60 minut stabilizuje geometrię i zmniejsza początkową utratę momentu obrotowego, szczególnie w przypadku sprężyn o wysokim indeksie.

Typowe okno specyfikacji

Zastosowania

• Zatrzaski, rygle i mechanizmy tłumiące
• Zawiasy drzwi i pokryw w urządzeniach
• Zatrzaski mocujące do wnętrz samochodowych
• Zamknięcia medyczne i przyrządowe
• Sprężyny wyłączników elektrycznych i styków

Jak napisać rysunek

Podaj średnicę drutu i tolerancję, średnicę zewnętrzną, liczbę zwojów, długości ramion i kąt ramienia, roboczy kąt ugięcia, przy którym sprawdzany jest moment obrotowy, oraz szczelinę przyrządu używaną do pomiaru. Określ tolerancję momentu obrotowego w odniesieniu do zdefiniowanego kąta ugięcia, a nie pozycji swobodnej, ponieważ kąt swobodny przesuwa się po odprężeniu, podczas gdy moment obrotowy przy stałym kącie nie.

TOPONE produkuje drut ze stali nierdzewnej od 1993 roku i dostarcza zarówno drut, jak i nawinięte sprężyny skrętne, co oznacza, że tolerancja drutu i tolerancja sprężyny są uzgadniane w jednym miejscu, zamiast być negocjowane między dwoma dostawcami.