Пружины из нержавеющей стали являются важнейшими компонентами точного оборудования, а «Торсионная пружина растяжения» представляет собой уникальную конструкцию в этом семействе. Чтобы оценить ее ценность, необходимо сравнить ее с обычными «Пружинами растяжения» и «Пружинами кручения».
1. Основное отличие: режим загрузки и принцип работы.
1.1 Пружина растяжения
- Режим работы: Пружина растяжения является типичной с осевой нагрузкой компонент. Он действует, выдерживая растягивающая сила и удлинение в осевом направлении.
- Стрессовое состояние: Основная часть пружины (витки) подвергается растягивающее напряжение , возникающий из-за материала деформация сдвига .
- Хранение энергии: Хранит энергию в виде деформация сдвига energy .
- Характеристики: Катушки обычно намотаны туго, что приводит к возникновению критического параметра — Начальное напряжение — который сохраняет энергию до того, как будет применена внешняя сила.
1.2 Торсионная пружина
- Режим работы: Торсионная пружина является типичной радиальная/круговая нагрузка компонент. Он действует, выдерживая a Крутящий момент и вращающийся вокруг своей центральной оси.
- Стрессовое состояние: Основная часть пружины (витки) подвергается изгибающее напряжение , а не сдвиговое или растягивающее напряжение.
- Хранение энергии: Хранит энергию в виде энергия изгибной деформации .
- Характеристики: Обычно оснащен рычагами или фасонными концами для передачи крутящего момента. Производительность определяется Торсионная жесткость ($k_t$) .
1.3 Торсионная пружина растяжения из нержавеющей стали
- Режим работы: Торсионная пружина растяжения представляет собой составной нагруженный компонент, обладающий двойной функциональностью. Он может одновременно или по отдельности выдерживать осевое растягивающее усилие и радиальный крутящий момент .
- Стрессовое состояние: Катушки одновременно подвергаются напряжение сдвига (напряжение) и изгибающее напряжение (торсион).
- Хранение энергии: Возможность хранения обоих деформация сдвига energy и энергия изгибной деформации .
- Профессиональное преимущество: Уникальная конструкция позволяет достичь две функции в одном компоненте, что значительно упрощает механическое проектирование и сборку.
2. Профессиональные отличия в дизайне и эксплуатационных параметрах.
2.1 Различия в расчете жесткости
| Тип пружины | Ключевой параметр жесткости | Определение жесткости |
| Пружина растяжения | Растяжительная жесткость | Требуемая сила на единицу удлинения (Н/мм) |
| Торсионная пружина | Торсионная жесткость | Крутящий момент required per unit of rotational angle (N·mm/deg) |
| Торсионная пружина растяжения | Двойная жесткость | Обладает характеристиками жесткости как при растяжении, так и при кручении. |
Для торсионной пружины растяжения разработчик должен независимо рассчитать и сбалансировать два значения жесткости, чтобы удовлетворить требования сложного движения, например, в прецизионных рычажных механизмах.
2.2 Концентрация стресса и усталость
- Пружина растяжения: Концентрация напряжений в первую очередь возникает в точке соединения «крючок/петля», обычном месте усталостного разрушения.
- Торсионная пружина: Концентрация напряжений возникает в переходной зоне между концевым плечом и основными витками.
- Торсионная пружина: Из-за сложной нагрузки его Стресс-анализ – самый сложный . Он сталкивается с наложенными напряжениями от растяжения и кручения, что требует использования высокопрочной нержавеющей стали и передовых процессов снятия напряжений.
3. Материал из нержавеющей стали и сложные применения
3.1 Факторы выбора материала
- Коррозионная среда: Нержавеющая сталь (например, AISI 304, 316) обеспечивает превосходные коррозионная стойкость , необходим для медицинского, морского и пищевого оборудования.
- Стабильность температуры: Сохраняет высокую прочность и модуль упругости при повышенных температурах, обеспечивая стабильную работу.
- Немагнитные требования: Определенные марки нержавеющей стали (аустенитные) обладают низкими или немагнитными свойствами и подходят для чувствительных электронных устройств.
3.2 Ценность применения соединения
Торсионная пружина растяжения из нержавеющей стали незаменима в областях, требующих высокой интеграции и функциональной универсальности:
- Прецизионные роботизированные манипуляторы и захваты: Одновременно обеспечивает растягивающую силу для захвата и крутящий момент для углового движения.
- Шарнирные механизмы: Системы, которым требуется как возвратное растягивающее усилие, так и крутящий момент углового позиционирования.
- Клапаны и демпфирующие системы: Обеспечивает как растягивающую силу уплотнения, так и скручивающую силу для возврата компонентов в исходное состояние.
