نحوه تعیین جهت سیم پیچ (چپ یا راست) فنرهای پیچشی فولاد ضد زنگ با توجه به الزامات کاربردی

به عنوان یک جزء مکانیکی دقیق، جهت سیم پیچ a فنر پیچشی فولادی ضد زنگ خودسرانه نیست توسط مکانیک مهندسی دقیق و الزامات کاربردی تعیین می شود. انتخاب صحیح سیم پیچ چپ یا راست برای اطمینان از عملکرد فنر، افزایش عمر خستگی و جلوگیری از خرابی بسیار مهم است. از دیدگاه حرفه ای، اصل اصلی برای انتخاب جهت سیم پیچ فنر پیچشی این است که جهت تنش-گشتاور در حین کار باید باعث سفت شدن سیم پیچ های فنر (کاهش قطر داخلی)، نه انبساط (افزایش قطر داخلی) شود.

تعریف و قضاوت جهت سیم پیچ

قبل از پرداختن به مکانیسم انتخاب، مهم است که تعاریف سیم پیچی سمت چپ و راست را روشن کنیم.

سیم پیچی سمت راست (RH): از دیدگاه ناظر، هنگامی که سیم انتهایی فنر در جهت عقربه های ساعت به امتداد خود ادامه می دهد، فنر به عنوان زخم سمت راست در نظر گرفته می شود.

سیم پیچی سمت چپ (LH): از دیدگاه ناظر، هنگامی که سیم انتهایی فنر در جهت خلاف جهت عقربه های ساعت به امتداد ادامه می دهد، فنر به عنوان زخم سمت چپ در نظر گرفته می شود.

در عمل، فنر را می توان در حالت عمودی نگه داشت، در حالی که شست به سمت بالا باشد و انگشتان خم شده باشند. اگر جهت سیم پیچ با جهت خم شدن انگشتان دست راست مطابقت داشته باشد، راست دست است. اگر با جهت خم شدن انگشتان دست چپ هماهنگ باشد، چپ دست است. این تعیین مبنایی را برای تمام تحلیل‌های کاربردی پیچشی بعدی تشکیل می‌دهد.

اصول اصلی انتخاب بر اساس ویژگی های استرس

وظیفه اصلی فنر پیچشی فولادی ضد زنگ ذخیره و آزادسازی انرژی زاویه ای است که سیم پیچ را در معرض تنش خمشی قرار می دهد. انتخاب جهت سیم پیچ به طور مستقیم بر اثر ترکیبی ایجاد تنش پسماند و تنش کاری که در تعیین عمر خستگی فنر بسیار مهم است، تأثیر می گذارد.

اثرات متقارن استرس پسماند و کاری:

در طول فرآیند ساخت و سیم پیچی فنر پیچشی، تنش پسماند در سیم ایجاد می شود. این تنش پسماند در قسمت بیرونی سیم فشاری و در داخل کششی است.

طراحی ایده آل این است که اطمینان حاصل شود که تنش خمشی ایجاد شده توسط گشتاور کاری و تنش پسماند تولید شده توسط فرآیند سیم پیچ در جهت مخالف هستند، در نتیجه یکدیگر را خنثی می کنند و به طور موثر حداکثر تنش را در سطح فنر کاهش می دهند.

کنترل تغییر قطر سیم پیچ:

هنگامی که یک فنر تحت بار پیچشی قرار می گیرد، قطر داخلی آن تغییر می کند.

هنگامی که جهت بارگذاری سیم پیچ را سفت می کند (قطر داخلی را کاهش می دهد)، تنش کششی در داخل سیم کاهش می یابد که به بهبود استحکام خستگی کمک می کند.

هنگامی که جهت بارگذاری سیم پیچ را منبسط می کند (قطر داخلی را افزایش می دهد)، تنش کششی در داخل سیم افزایش می یابد، تمرکز تنش را تشدید می کند و به راحتی منجر به شکست زودرس می شود.

اصل نتیجه گیری: فنرهای راست دست باید در جهت عقربه های ساعت گشتاور اعمال کنند. فنرهای سمت چپ باید در خلاف جهت عقربه های ساعت گشتاور اعمال کنند. به عبارت دیگر فنر باید در جهتی بارگذاری شود که قطر سیم پیچ کاهش یابد.

تعیین جهت در سناریوهای کاربردی معمولی

در سیستم های مکانیکی پیچیده، الزامات کاربردی فنرهای گشتاور را می توان به دسته های زیر خلاصه کرد که جهت سیم پیچ آنها را تعیین می کند:

درایو یک طرفه و سیستم های بازنشانی:

الزامات: اگر از فنر برای تأمین گشتاور در یک جهت (مثلاً برای بستن در یا تنظیم مجدد یک اهرم) استفاده شود، ابتدا باید جهت چرخش قطعه محرک تعیین شود.

انتخاب: اگر برنامه نیاز به گشتاور بازیابی در جهت عقربه‌های ساعت از فنر داشته باشد، فنر هنگام بارگیری باید در خلاف جهت عقربه‌های ساعت بچرخد (برای ذخیره انرژی)، بنابراین یک فنر سمت چپ باید انتخاب شود. برعکس، اگر نیاز به گشتاور بازیابی در خلاف جهت عقربه های ساعت باشد، باید یک فنر سمت راست انتخاب شود.

سیستم متعادل کننده دو فنر (به عنوان مثال، درب گاراژ):

الزامات: در سیستم‌های متعادل کننده سنگین مانند درب‌های گاراژ، معمولاً از دو فنر گشتاور استفاده می‌شود که در دو انتهای لوله گشتاور نصب می‌شوند. آنها باید برای متعادل کردن وزن درب و جلوگیری از انحراف شفت، گشتاورهای مخالف ارائه دهند.

انتخاب: هنگام مواجهه با درب گاراژ، فنر سمت چپ معمولاً راست‌دست است (گشتاور در جهت عقربه‌های ساعت) در حالی که فنر سمت راست معمولاً چپ‌گرد است (گشتاور خلاف جهت عقربه‌های ساعت را ارائه می‌کند) تا از سیم‌پیچ و آزاد شدن کابل همزمان در هر دو طرف اطمینان حاصل شود. این پیکربندی متقارن یک نیاز مهندسی برای تعادل نیرو است.

محدودیت های فضا و راحتی نصب:

در برخی از دستگاه های فشرده، پایه های فنر ممکن است با اجزای اطراف تداخل داشته باشند. موقعیت اولیه و نهایی پایه ها زاویه چرخش مورد نیاز را تعیین می کند، در حالی که جهت سیم پیچ بر اشغال فضای پایه ها تأثیر می گذارد.

طراحی‌های حرفه‌ای نیاز به مدل‌سازی سه بعدی CAD دارند تا اطمینان حاصل شود که فنر و پایه‌های آن در حالت کاملاً منحرف شده با اجزای دیگر تماس ندارند و مونتاژ را تسهیل می‌کنند.

اقدامات اجتنابی در طراحی حرفه ای

از بارگذاری معکوس اجتناب کنید: تحت هر شرایطی، از بارگذاری فنر در جهتی که باعث باز شدن سیم پیچ ها می شود، اکیداً خودداری کنید. این نه تنها باعث افزایش شدید تنش می شود، بلکه ممکن است باعث کاهش گام، افزایش اصطکاک بین سیم پیچ ها و بدتر شدن سایش شود.

تناسب سنبه: چه در سمت چپ و چه در سمت راست، قطر داخلی در هنگام بارگیری کاهش می یابد. هنگام طراحی قطر سنبه، حداقل شناسه در حالت کاملاً انحراف باید به عنوان مرجع استفاده شود، که اجازه می دهد فاصله کافی برای جلوگیری از اتصال یا اصطکاک بیش از حد وجود داشته باشد.