Допуск крутящего момента пружины кручения: почему диаметр проволоки устанавливает предел

Большинство споров по поводу заказных пружин кручения касаются не марки материала. Они касаются крутящего момента, измеренного на приспособлении заказчика, который выходит за пределы допуска чертежа. Причина почти всегда в проволоке, а не в навивочной машине: крутящий момент зависит от диаметра проволоки в четвертой степени, поэтому каждая микронная вариация диаметра усиливается еще до того, как пружина будет сформирована.

В этой статье объясняется цепочка допусков для крутящего момента пружины кручения и как указать проволоку, чтобы готовая пружина прошла проверку с первого раза.

Правило четвертой степени

Для пружины кручения из круглой проволоки крутящий момент пропорционален модулю упругости, диаметру проволоки в четвертой степени, углу прогиба, и обратно пропорционален среднему диаметру витка и количеству активных витков. Практическое следствие: изменение диаметра проволоки на 1% изменяет крутящий момент примерно на 4%, в то время как изменение диаметра витка на 1% изменяет его на 1%.

На проволоке диаметром 1,0 мм стандартный допуск h9 в 0,025 мм составляет уже 2,5% от диаметра. Это примерно соответствует 10% вариации крутящего момента до любого вклада от разброса модуля упругости или геометрии плеча. Вот почему допуск крутящего момента меньше плюс-минус 10% не может быть обеспечен на стандартной коммерческой проволоке.

Полная цепочка допусков

Диаметр проволоки

h9 — это обычная отправная точка для пружинной проволоки. Там, где на чертеже указан допуск крутящего момента менее 8%, мы рекомендуем h8 или фиксированный диапазон диаметров, согласованный с проволочным заводом, например, 1,00 мм плюс-минус 0,008 мм. Более узкий диапазон должен быть заказан как заводская партия, поскольку смешанные партии вновь вносят разброс.

Модуль упругости

Холоднотянутая 302 и 304 имеют модуль около 193 ГПа с типичным разбросом партии плюс-минус 2%. Этот разброс перемещает крутящий момент на те же 2%, поэтому его необходимо включать в расчет, а не измерять один раз и считать постоянным.

Геометрия плеча

Длина плеча, угол плеча и радиус изгиба у основания плеча — все это влияет на то, где пружина контактирует с ответной деталью. Мы удерживаем угол плеча в пределах плюс-минус 2 градусов, а длину плеча — в пределах плюс-минус 0,3 мм для пружин с проволокой более 2 мм, ужесточая оба показателя по запросу. Радиус изгиба у основания плеча не должен быть меньше половины диаметра проволоки, иначе плечо станет первым местом усталостного разрушения.

Термообработка после навивки

Навивка оставляет остаточные напряжения, которые расслабляются в течение первых нескольких сотен циклов, поэтому измеренный в холодном состоянии крутящий момент не является крутящим моментом, который видит заказчик в эксплуатации. Низкотемпературная обработка при 200-300 градусах Цельсия в течение 30-60 минут стабилизирует геометрию и снижает начальную потерю крутящего момента, особенно на пружинах с высоким индексом.

Типичное окно спецификации

Применение

• Зажимы, фиксаторы и демпферные механизмы
• Дверные и крышечные петли в бытовой технике
• Фиксирующие зажимы для автомобильных интерьеров
• Медицинские и инструментальные затворы
• Пружины электрических выключателей и контактов

Как составить чертеж

Укажите диаметр и допуск проволоки, внешний диаметр, количество витков, длину и угол плеча, рабочий угол прогиба, при котором проверяется крутящий момент, и зазор приспособления, используемый для измерения. Укажите допуск крутящего момента относительно заданного угла прогиба, а не свободного положения, поскольку свободный угол смещается после термообработки, в то время как крутящий момент при фиксированном угле не смещается.

TOPONE производит проволоку из нержавеющей стали с 1993 года и поставляет как проволоку, так и навитые пружины кручения, что означает, что допуск на проволоку и допуск на пружину согласовываются в одном месте, а не между двумя поставщиками.