Sprężyny ze stali nierdzewnej to kluczowe elementy maszyn precyzyjnych, a „sprężyna skrętowa” stanowi unikalną konstrukcję w tej rodzinie. Aby docenić jej wartość, konieczne jest porównanie jej z konwencjonalną „sprężyną naciągową” i „sprężyną skrętową”.
1. Podstawowa różnica: tryb ładowania i zasada działania
1.1 Sprężyna naciągowa
- Tryb pracy: Sprężyna naciągowa jest typowa obciążony osiowo komponent. Funkcjonuje poprzez wytrzymywanie siła rozciągająca i wydłużanie się wzdłuż jego kierunku osiowego.
- Stan stresu: Poddawany jest głównemu korpusowi sprężyny (cewkom). naprężenie rozciągające , wynikające z materiału odkształcenie ścinające .
- Magazynowanie energii: Magazynuje energię w postaci odkształcenie ścinające energy .
- Charakterystyka: Cewki są zwykle ciasno nawinięte, co powoduje krytyczny parametr — Początkowe napięcie — który magazynuje energię przed przyłożeniem siły zewnętrznej.
1.2 Sprężyna skrętowa
- Tryb pracy: Sprężyna skrętowa jest typowa obciążony promieniowo/obwodowo komponent. Funkcjonuje poprzez wytrzymywanie a Moment obrotowy i obraca się wokół swojej osi środkowej.
- Stan stresu: Poddawany jest głównemu korpusowi sprężyny (cewkom). naprężenie zginające , a nie naprężenia ścinające lub rozciągające.
- Magazynowanie energii: Magazynuje energię w postaci energię odkształcenia zginającego .
- Charakterystyka: Zwykle wyposażone w ramiona lub ukształtowane końcówki do przenoszenia momentu obrotowego. Wydajność jest definiowana przez Sztywność skrętna ($k_t$) .
1.3 Sprężyna naciągowa ze stali nierdzewnej
- Tryb pracy: Sprężyna naciągowa skrętna jest komponentem obciążonym mieszanką, posiadającym podwójną funkcjonalność. Może wytrzymać jednocześnie lub osobno osiowa siła rozciągająca i moment promieniowy .
- Stan stresu: Cewki są jednocześnie poddawane naprężenie ścinające (napięcie) i naprężenie zginające (skręt).
- Magazynowanie energii: Możliwość przechowywania obu odkształcenie ścinające energy i energię odkształcenia zginającego .
- Zaleta zawodowa: Ta unikalna konstrukcja pozwala osiągnąć dwie funkcje w ramach jednego komponentu, co znacznie upraszcza projektowanie mechaniczne i montaż.
2. Wyróżnienie zawodowe w zakresie parametrów projektowych i wydajnościowych
2.1 Różnice w obliczeniach sztywności
| Typ sprężyny | Kluczowy parametr sztywności | Definicja sztywności |
| Sprężyna przedłużająca | Sztywność rozciągająca | Siła wymagana na jednostkę wydłużenia (N/mm) |
| Sprężyna skrętowa | Sztywność skrętna | Moment obrotowy required per unit of rotational angle (N·mm/deg) |
| Sprężyna naciągowa skrętna | Podwójna sztywność | Posiada właściwości sztywności rozciągającej i skrętnej |
W przypadku skrętnej sprężyny naciągowej projektant musi niezależnie obliczyć i zrównoważyć dwie wartości sztywności, aby spełnić wymagania ruchu złożonego, na przykład w precyzyjnych mechanizmach łączących.
2.2 Koncentracja naprężeń i trwałość zmęczeniowa
- Sprężyna przedłużająca: Koncentracja naprężeń występuje głównie w punkcie połączenia haczyka/pętelki, co jest częstym miejscem uszkodzeń zmęczeniowych.
- Sprężyna skrętowa: Koncentracja naprężeń pojawia się w obszarze przejściowym pomiędzy ramieniem końcowym a zwojami głównymi.
- Sprężyna naciągowa skrętna: Ze względu na złożone obciążenie, jego analiza naprężeń jest najbardziej złożona . Wytrzymuje nałożone naprężenia spowodowane rozciąganiem i skręcaniem, co wymaga stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości i zaawansowanych procesów odprężania.
3. Materiał ze stali nierdzewnej i złożone zastosowania
3.1 Czynniki wpływające na wybór materiału
- Środowiska korozyjne: Stal nierdzewna (np. AISI 304, 316) zapewnia doskonałe właściwości odporność na korozję niezbędne w sprzęcie medycznym, morskim i przetwórstwie spożywczym.
- Stabilność temperatury: Zachowuje wysoką wytrzymałość i moduł sprężystości w podwyższonych temperaturach, zapewniając stabilną pracę.
- Wymagania niemagnetyczne: Określone gatunki stali nierdzewnej (austenitycznej) wykazują niskie lub niemagnetyczne właściwości, odpowiednie dla wrażliwych urządzeń elektronicznych.
3.2 Złożona wartość zastosowania
Sprężyna skrętna ze stali nierdzewnej jest niezastąpiona w dziedzinach wymagających dużej integracji i wszechstronności funkcjonalnej:
- Precyzyjne ramiona robotyczne i chwytaki: Jednocześnie zapewnia siłę rozciągającą do chwytania i moment obrotowy do ruchu kątowego.
- Mechanizmy zawiasów: Systemy wymagające zarówno siły rozciągającej, jak i momentu obrotowego pozycjonującego pod kątem.
- Zawory i systemy tłumiące: Zapewnia zarówno siłę uszczelniającą na rozciąganie, jak i siłę napędową skrętną do resetowania komponentów.
