Cum se determină direcția de înfășurare (mâna stângă sau dreaptă) a arcurilor de torsiune din oțel inoxidabil în funcție de cerințele aplicației

Ca componentă mecanică de precizie, direcția de înfășurare a a arc de torsiune din otel inoxidabil nu este arbitrar; este determinat de mecanica inginerească riguroasă și de cerințele aplicației. Selectarea corectă a înfășurării la stânga sau la dreapta este crucială pentru asigurarea performanței arcului, prelungirea duratei de viață la oboseală și prevenirea defecțiunilor. Dintr-o perspectivă profesională, principiul de bază pentru selectarea direcției de înfășurare a unui arc de torsiune este că direcția efort-cuplu în timpul funcționării trebuie să determine strângerea bobinelor arcului (scăderea diametrului interior), nu extinderea (mărește diametrul interior).

Definirea și judecarea direcției de înfășurare

Înainte de a explora mecanismul de selecție, este important să clarificăm definițiile înfășurării cu mâna stângă și dreaptă.

Înfășurare pe partea dreaptă (RH): Din perspectiva observatorului, atunci când firul de capăt al arcului continuă să se extindă în sensul acelor de ceasornic, arcul este considerat înfășurat pe partea dreaptă.

Înfășurare la stânga (LH): Din perspectiva observatorului, atunci când firul de capăt al arcului continuă să se extindă în sens invers acelor de ceasornic, arcul este considerat înfășurat pe partea stângă.

În practică, arcul poate fi ținut vertical cu degetul mare în sus și degetele îndoite. Dacă direcția bobinei se aliniază cu direcția de îndoire a degetelor mâinii drepte, este cea dreaptă; dacă se aliniază cu direcția de îndoire a degetelor mâinii stângi, este stângaci. Această determinare formează baza pentru toate analizele ulterioare ale aplicării de torsiune.

Principiile de bază ale selecției pe baza caracteristicilor de stres

Funcția principală a unui arc de torsiune din oțel inoxidabil este de a stoca și elibera energia unghiulară, supunând bobina la solicitări de încovoiere. Alegerea direcției de înfășurare afectează direct efectul combinat de formare a tensiunii reziduale și a tensiunii de lucru, care este esențială în determinarea duratei de viață a arcului la oboseală.

Efectele simetrice ale stresului rezidual și de lucru:

În timpul procesului de fabricație și înfășurare a unui arc de torsiune, se generează stres rezidual în fir. Această tensiune reziduală este de compresiune la exteriorul firului și de tracțiune la interior.

Designul ideal este să se asigure că efortul de încovoiere generat de cuplul de lucru și efortul rezidual generat de procesul de înfășurare sunt în direcții opuse, astfel compensându-se reciproc și reducând efectiv solicitarea maximă pe suprafața arcului.

Controlul modificării diametrului bobinei:

Când un arc este supus unei sarcini de torsiune, diametrul său interior se modifică.

Când direcția de încărcare strânge bobina (scade diametrul interior), efortul de tracțiune din interiorul firului scade, ceea ce ajută la îmbunătățirea rezistenței la oboseală.

Când direcția de încărcare extinde bobina (mărește diametrul interior), efortul de tracțiune din interiorul firului crește, exacerbând concentrarea tensiunilor și ducând cu ușurință la defecțiunea timpurie.

Principiul concluzional: Arcurile din dreapta trebuie să aplice un cuplu în sensul acelor de ceasornic; arcurile din stânga ar trebui să aplice un cuplu în sens invers acelor de ceasornic. Cu alte cuvinte, arcul trebuie să fie încărcat în direcția care scade diametrul bobinei.

Determinarea direcției în scenarii tipice de aplicare

În sistemele mecanice complexe, cerințele de aplicare ale arcurilor de cuplu pot fi rezumate în următoarele categorii, care determină direcția lor de înfășurare:

Sisteme de unitate și resetare unidirecționale:

Cerință: Dacă arcul este utilizat pentru a furniza cuplu într-o singură direcție (de exemplu, pentru a închide o ușă sau a reseta o pârghie), trebuie determinat mai întâi direcția de rotație a componentei de antrenare.

Selectare: Dacă aplicația necesită un cuplu de restabilire în sensul acelor de ceasornic de la arc, arcul trebuie să se rotească în sens invers acelor de ceasornic când este încărcat (pentru a stoca energie), așa că ar trebui să fie selectat un arc din stânga. În schimb, dacă este necesar un cuplu de restabilire în sens invers acelor de ceasornic, trebuie selectat un arc din dreapta.

Sistem echilibrat cu două arcuri (de exemplu, ușă de garaj):

Cerință: În sistemele echilibrate pentru sarcini grele, cum ar fi ușile de garaj, sunt utilizate de obicei două arcuri de cuplu, montate la fiecare capăt al tubului de torsiune. Acestea trebuie să furnizeze cupluri opuse pentru a echilibra greutatea ușii și pentru a preveni deformarea arborelui.

Selectare: Când se confruntă cu o ușă de garaj, arcul din partea stângă este de obicei dreptață (oferind un cuplu în sensul acelor de ceasornic), în timp ce arcul din partea dreaptă este de obicei stânga (oferind un cuplu în sens invers acelor de ceasornic) pentru a asigura înfășurarea și eliberarea sincronă a cablului pe ambele părți. Această configurație simetrică este o cerință de inginerie pentru echilibrarea forței.

Constrângeri de spațiu și confort de instalare:

La unele dispozitive compacte, picioarele arcului pot interfera cu componentele din jur. Pozițiile inițiale și finale ale picioarelor determină unghiul de rotație necesar, în timp ce direcția de înfășurare afectează ocuparea spațiului picioarelor.

Proiectele profesionale necesită modelare CAD 3D pentru a se asigura că arcul și picioarele acestuia nu intră în contact cu alte componente în starea complet deformată, facilitând asamblarea.

Măsuri de evitare în proiectarea profesională

Evitați încărcarea inversă: în toate circumstanțele, evitați cu strictețe să încărcați arcul într-o direcție care determină desfășurarea bobinelor. Acest lucru nu numai că va provoca o creștere bruscă a tensiunii, dar poate provoca și pierderea pasului, creșterea frecării între bobine și înrăutățirea uzurii.

Potrivire dorn: Indiferent dacă se înfășoară pe stânga sau pe dreapta, diametrul interior scade la încărcare. La proiectarea diametrului dornului, ID-ul minim în starea complet deformată trebuie utilizat ca referință, permițând suficient spațiu pentru a preveni legarea sau frecarea excesivă.