Cách xác định chiều quấn (trái hoặc phải) của lò xo xoắn inox theo yêu cầu ứng dụng

Là một bộ phận cơ khí chính xác, hướng cuộn dây của lò xo xoắn thép không gỉ không tùy tiện; nó được xác định bởi các yêu cầu ứng dụng và cơ học kỹ thuật nghiêm ngặt. Việc lựa chọn chính xác cuộn dây bên trái hoặc bên phải là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất của lò xo, kéo dài tuổi thọ mỏi và ngăn ngừa hỏng hóc. Ở góc độ chuyên môn, nguyên tắc cốt lõi để chọn hướng quấn của lò xo xoắn là hướng ứng suất-mô-men xoắn trong quá trình hoạt động phải làm cho các cuộn lò xo siết chặt (giảm đường kính trong), không giãn nở (tăng đường kính trong).

Định nghĩa và phán đoán hướng cuộn dây

Trước khi đi sâu vào cơ chế lựa chọn, điều quan trọng là phải làm rõ các định nghĩa về cuộn dây bên trái và cuộn dây bên phải.

Cuộn dây bên phải (RH): Theo góc nhìn của người quan sát, khi đầu dây của lò xo tiếp tục kéo dài theo chiều kim đồng hồ thì lò xo được coi là vết thương bên phải.

Cuộn dây bên trái (LH): Theo quan điểm của người quan sát, khi dây cuối của lò xo tiếp tục kéo dài theo hướng ngược chiều kim đồng hồ thì lò xo được coi là vết thương bên trái.

Trong thực tế, lò xo có thể được giữ thẳng đứng với ngón tay cái hướng lên trên và các ngón tay uốn cong. Nếu hướng cuộn dây trùng với hướng uốn của ngón tay phải thì là người thuận tay phải; nếu thẳng hàng với hướng uốn của các ngón tay trái thì là người thuận tay trái. Việc xác định này tạo thành cơ sở cho tất cả các phân tích ứng dụng xoắn tiếp theo.

Nguyên tắc cốt lõi của việc lựa chọn dựa trên đặc điểm căng thẳng

Chức năng chính của lò xo xoắn bằng thép không gỉ là lưu trữ và giải phóng năng lượng góc, khiến cuộn dây chịu ứng suất uốn. Việc lựa chọn hướng cuộn dây ảnh hưởng trực tiếp đến tác động tổng hợp của việc hình thành ứng suất dư và ứng suất làm việc, điều này rất quan trọng trong việc xác định tuổi thọ mỏi của lò xo.

Tác động đối xứng của căng thẳng dư thừa và căng thẳng làm việc:

Trong quá trình chế tạo và quấn lò xo xoắn, ứng suất dư được tạo ra trong dây. Ứng suất dư này là lực nén ở bên ngoài dây và lực kéo ở bên trong.

Thiết kế lý tưởng là đảm bảo ứng suất uốn do mômen làm việc tạo ra và ứng suất dư do quá trình cuộn dây tạo ra ngược chiều nhau, từ đó bù trừ lẫn nhau và giảm ứng suất tối đa trên bề mặt lò xo một cách hiệu quả.

Kiểm soát thay đổi đường kính cuộn dây:

Khi lò xo chịu tác dụng của tải trọng xoắn thì đường kính trong của nó thay đổi.

Khi hướng tải siết chặt cuộn dây (giảm đường kính trong), ứng suất kéo ở bên trong dây giảm, giúp cải thiện độ bền mỏi.

Khi hướng tải làm giãn cuộn dây (tăng đường kính trong), ứng suất kéo ở mặt trong của dây tăng lên, làm trầm trọng thêm sự tập trung ứng suất và dễ dẫn đến hỏng sớm.

Nguyên tắc kết luận: Lò xo thuận tay phải tác dụng mô men xoắn theo chiều kim đồng hồ; lò xo bên trái nên tác dụng mô-men xoắn ngược chiều kim đồng hồ. Nói cách khác, lò xo phải chịu tải theo hướng làm giảm đường kính cuộn dây.

Xác định hướng trong các kịch bản ứng dụng điển hình

Trong các hệ thống cơ khí phức tạp, các yêu cầu ứng dụng của lò xo mômen xoắn có thể được tóm tắt thành các loại sau để xác định hướng cuộn dây của chúng:

Hệ thống truyền động và thiết lập lại một chiều:

Yêu cầu: Nếu lò xo được sử dụng để cung cấp mô men xoắn theo một hướng (ví dụ để đóng cửa hoặc đặt lại cần gạt) thì trước tiên phải xác định hướng quay của bộ phận dẫn động.

Lựa chọn: Nếu ứng dụng yêu cầu mô men hồi phục theo chiều kim đồng hồ từ lò xo thì lò xo phải quay ngược chiều kim đồng hồ khi chịu tải (để tích trữ năng lượng), do đó nên chọn lò xo bên trái. Ngược lại, nếu cần mô men phục hồi ngược chiều kim đồng hồ thì nên chọn lò xo bên phải.

Hệ thống cân bằng lò xo kép (ví dụ: Cửa gara):

Yêu cầu: Trong các hệ thống cân bằng hạng nặng như cửa gara, thường sử dụng hai lò xo mô-men xoắn, lắp ở hai đầu của ống mô-men xoắn. Chúng phải cung cấp các mô men xoắn ngược nhau để cân bằng trọng lượng cửa và ngăn ngừa độ lệch trục.

Lựa chọn: Khi đối diện với cửa gara, lò xo bên trái thường thuận tay phải (cung cấp mô-men xoắn theo chiều kim đồng hồ), trong khi lò xo bên phải thường thuận tay trái (cung cấp mô-men xoắn ngược chiều kim đồng hồ) để đảm bảo cuộn dây và nhả cáp đồng bộ ở cả hai bên. Cấu hình đối xứng này là một yêu cầu kỹ thuật để cân bằng lực.

Hạn chế về không gian và sự thuận tiện khi lắp đặt:

Ở một số thiết bị nhỏ gọn, chân lò xo có thể gây cản trở các bộ phận xung quanh. Vị trí ban đầu và cuối cùng của các chân xác định góc quay cần thiết, trong khi hướng cuộn dây ảnh hưởng đến việc chiếm không gian của các chân.

Các thiết kế chuyên nghiệp yêu cầu mô hình CAD 3D để đảm bảo rằng lò xo và chân của nó không tiếp xúc với các bộ phận khác ở trạng thái lệch hoàn toàn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp.

Các biện pháp phòng tránh trong thiết kế chuyên nghiệp

Tránh tải ngược: Trong mọi trường hợp, tuyệt đối tránh tải lò xo theo hướng khiến cuộn dây bị giãn ra. Điều này không chỉ gây ra ứng suất tăng mạnh mà còn có thể gây mất bước, tăng ma sát giữa các cuộn dây và khiến tình trạng mài mòn trở nên trầm trọng hơn.

Mandrel Fit: Cho dù cuộn dây bên trái hay bên phải, đường kính bên trong đều giảm khi có tải. Khi thiết kế đường kính trục gá, ID tối thiểu ở trạng thái lệch hoàn toàn phải được sử dụng làm tham chiếu, cho phép có đủ khoảng trống để ngăn chặn sự ràng buộc hoặc ma sát quá mức.