สปริงแรงบิดเป็นสปริงเกลียวหรือที่เรียกว่าคอยล์สปริง พวกเขาได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้แรงบิดในแนวรัศมี ตรงข้ามกับสปริงอัดที่ใช้เพื่อให้กลไกแยกออกจากกัน สปริงแรงบิดยึดกลไกสองกลไกเข้าด้วยกัน และความรัดกุมเป็นสัดส่วนกับพลังงานที่เก็บไว้ภายใน ต้องขจัดความตึงเครียดเพื่อให้สปริงปล่อยพลังงานที่เก็บไว้

ใช้สปริงแรงบิดเมื่อต้องการแรงบิดในการหมุน สปริงแรงบิดมีสองแบบ - สปริงแรงบิดเดี่ยวและสปริงแรงบิดคู่ โดยสปริงแรงบิดเดี่ยวเป็นประเภทที่พบมากที่สุด เมื่อประกอบสปริงแรงบิดเข้ากับเพลาต้องสังเกตว่าเมื่อสปริงหมุนไปในทิศทางปกติเส้นผ่านศูนย์กลางภายในจะลดลงซึ่งอาจทําให้สปริงติดอยู่กับเพลาและสร้างความเครียดที่ไม่จําเป็นบนสปริง ต้องพิจารณาเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของสปริงและขนาดของเพลาที่กระทํา โดยปกติเมื่อจําเป็นต้องมีรัศมีการดัดที่แน่นสําหรับการบิดขาสปริงจะใช้วัสดุสปริงที่เหนียวมากขึ้นเช่นลวดเหล็กเปียโน ASTM A228, ลวดเหล็กนิรภัยน้ํามัน ASTM A229 และสแตนเลส 302 ASTM A313 การกําหนดค่าขาและรัศมีการดัดงอขนาดใหญ่ในบริเวณโค้งช่วยป้องกันไม่ให้วัสดุสปริงที่ใช้แตกหัก

สปริงบิดมีข้อดีหลายประการทําให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมในการใช้งานที่หลากหลาย
ความทนทาน: สปริงแรงบิดได้รับการออกแบบมาให้ทนต่องานหนักและอัตราการใช้งานสูง และโดยทั่วไปจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าสปริงประเภทอื่นๆ โครงสร้างที่แข็งแรงช่วยให้ทนต่อรอบได้มากขึ้นจึงช่วยลดความถี่ในการเปลี่ยนและบํารุงรักษา
การออกแบบ: การออกแบบสปริงแรงบิดช่วยให้สามารถกระจายน้ําหนักได้อย่างสม่ําเสมอทําให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสําหรับการใช้งานที่ต้องการการเคลื่อนไหวที่มั่นคงและควบคุมได้ การออกแบบที่สมดุลนี้ยังช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพในระยะยาว
การทํางานที่ราบรื่น: สปริงแรงบิดให้การเคลื่อนไหวที่ราบรื่นและควบคุมได้ ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานที่ต้องการแรงที่ค่อยๆสม่ําเสมอ การทํางานที่ราบรื่นนี้สามารถลดแรงกดดันต่อส่วนประกอบที่เชื่อมต่อซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของระบบทั้งหมด

ประเภทของสปริงแรงบิด
สปริงแรงบิดเดี่ยว: คอยล์สปริงเดี่ยวเหมาะสําหรับการใช้งานที่ต้องการแรงหมุนปานกลางถึงสูง
สปริงแรงบิดคู่: สปริงคอยล์คู่พันไปในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งสามารถทนต่อภาระที่สูงขึ้นและให้เสถียรภาพที่สูงขึ้น เป็นตัวเลือกที่เหมาะสําหรับการใช้งานหนัก
ประเภทโค้ง
การดัดในแนวรัศมี: ขดลวดโค้งงอตามรัศมี ซึ่งเหมาะมากสําหรับการใช้งานที่ต้องการแรงในแนวตั้ง เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์
การดัดตามแนวแกน: ขดลวดโค้งงอตามแกน เหมาะสําหรับการใช้งานที่แรงขนานกับแกนสปริง เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
การดัดเกลียว: การดัดเกลียวอย่างต่อเนื่องให้แรงที่ราบรื่นและสม่ําเสมอทําให้เหมาะสําหรับเครื่องมือที่มีความแม่นยําและเครื่องจักรเฉพาะทาง
การดัดสัมผัส: ขดลวดโค้งงอตามแกนกลาง ให้ลักษณะแรงที่เป็นเอกลักษณ์

ออกแบบสปริงแรงบิด
การออกแบบสปริงแรงบิดเป็นกระบวนการที่เป็นระบบที่ต้องพิจารณาข้อกําหนดการใช้งานคุณสมบัติของวัสดุและหลักการทางกลอย่างรอบคอบ คําแนะนําทีละขั้นตอนต่อไปนี้ให้วิธีการที่มีโครงสร้างในการสร้างการออกแบบสปริงแรงบิดที่มีประสิทธิภาพ
คําแนะนําทีละขั้นตอน
1. กําหนดข้อกําหนดการสมัคร
แรงบิดที่ต้องการ (M): กําหนดแรงบิดที่จําเป็นในการทําหน้าที่ตามที่คาดหวัง
การโก่งตัวเชิงมุม (θ): คํานวณมุมที่สปริงต้องบิด
สภาพแวดล้อม: ประเมินปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ การกัดกร่อน และการสัมผัสกับสารเคมี
2. กําหนดข้อจํากัดด้านพื้นที่
เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (ID): ต้องเหมาะสําหรับเพลาหรือก้านใดๆ ที่ติดตั้งสปริง เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของสปริงแรงบิดควรใหญ่กว่าเพลาหรือแกนที่ติดตั้งสปริงแรงบิดอย่างน้อย 15% เสมอ ทําไม เพราะเมื่อขาสปริงแรงบิดเคลื่อนที่เส้นผ่านศูนย์กลางภายในจะหดตัวและคุณไม่ต้องการให้สปริงแรงบิดติดอยู่บนเพลา หากสปริงแรงบิดติดอยู่บนก้านหรือเพลาสปริงแรงบิดจะสูญเสียแรงบิดทั้งหมดและไม่สามารถทํางานได้
เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD): ไม่ควรรบกวนส่วนประกอบหรือเปลือกหอยโดยรอบ
ความยาวของตัวเครื่อง: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความยาวของสปริงเหมาะสมกับพื้นที่ว่าง
ความยาวขาและการวางแนว: พิจารณาว่าขาเชื่อมต่อกับแอปพลิเคชันอย่างไร
3. เลือกวัสดุ
ข้อกําหนดด้านประสิทธิภาพ: เลือกวัสดุที่ตรงตามข้อกําหนดด้านความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และสิ่งแวดล้อม
การพิจารณาต้นทุน: สร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพกับวัสดุและต้นทุนการผลิต
4. คํานวณมิติหลัก
เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย (MD): MD=OD − d
เส้นผ่านศูนย์กลางลวด (d): ประมาณค่าตามข้อจํากัดของแรงบิดและพื้นที่
ดัชนีสปริง: ดัชนีสปริง = MD ÷ d
ค่าเป้าหมายอยู่ระหว่าง 5 ถึง 12
5. กําหนดจํานวนขดลวดที่มีประสิทธิภาพ (N)
การคํานวณการโก่งตัวเชิงมุม:
ประมาณการ N โดยใช้การโก่งตัวเชิงมุมและคุณสมบัติของวัสดุที่ต้องการ
ตาชั่ง:
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าจํานวนขดลวดอนุญาตให้โก่งตัวได้ตามต้องการและไม่เกินขีดจํากัดความเค้น
6. ออกแบบการกําหนดค่าขา
ฟังก์ชัน: ขาต้องส่งแรงบิดไปยังแอปพลิเคชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ความเรียบง่าย: ทําให้การออกแบบขาเรียบง่ายเพื่อลดความซับซ้อนในการผลิต
มุมและการโค้งงอ: ระบุมุมและความยาวที่แม่นยําเพื่อให้เหมาะกับการใช้งาน
7. คํานวณความแข็งของสปริง (k)
ใช้สูตรอัตราสปริง: Rt = Ed ^ 4 / 10.8 DN S = 10.2 M / d ^ 3
การปรับเปลี่ยน:
แก้ไข d, D หรือ N เพื่อให้ได้ค่า k ที่ต้องการ
8. ต้นแบบและการทดสอบ
ตัวอย่างการสร้าง: สร้างต้นแบบตามมิติที่คํานวณได้
การทดสอบ:
ติดตั้งแอปพลิเคชันจริงหรือการตั้งค่าการทดสอบ
วัดแรงบิด การโก่งตัว และสังเกตประสิทธิภาพ
เกิด ซ้ำ:
ปรับพารามิเตอร์การออกแบบตามผลการทดสอบ