Federn aus Edelstahl sind entscheidende Komponenten in Präzisionsmaschinen, und die „Torsions-Zugfeder“ stellt ein einzigartiges Design innerhalb dieser Familie dar. Um ihren Wert einzuschätzen, ist es wichtig, sie mit der herkömmlichen „Verlängerungsfeder“ und „Torsionsfeder“ zu vergleichen.
1. Hauptunterschied: Lademodus und Funktionsprinzip
1.1 Zugfeder
- Betriebsart: Typisch ist die Zugfeder axial belastet Komponente. Es funktioniert, indem es stundhält Zugkraft und sich entlang seiner axialen Richtung ausdehnt.
- Stresszustund: Der Hauptkörper der Feder (die Windungen) ist ausgesetzt Zugspannung , die sich aus dem Material ergibt Scherdehnung .
- Energiespeicher: Speichert Energie in Form von Scherdehnung energy .
- Eigenschaften: Spulen sind normalerweise eng gewickelt, was zu einem kritischen Parameter führt: Anfängliche Spannung – das Energie speichert, bevor äußere Kraft ausgeübt wird.
1.2 Torsionsfeder
- Betriebsart: Typisch ist die Torsionsfeder radial/umfangsbelastet Komponente. Es funktioniert, indem es stundhält a Drehmoment und rotiert um seine Mittelachse.
- Stresszustund: Der Hauptkörper der Feder (die Windungen) ist ausgesetzt Biegebeanspruchung , keine Scher- oder Zugspannung.
- Energiespeicher: Speichert Energie in Form von Biegedehnungsenergie .
- Eigenschaften: Typischerweise mit Armen oder geformten Enden zur Drehmomentübertragung ausgestattet. Die Leistung wird durch die definiert Torsionssteifigkeit ($k_t$) .
1.3 Torsionszugfeder aus Edelstahl
- Betriebsart: Die Torsionszugfeder ist eine zusammengesetzte Komponente mit doppelter Funktionalität. Es kann gleichzeitig oder separat standhalten axiale Zugkraft and Radialdrehmoment .
- Stresszustund: Die Spulen werden gleichzeitig belastet Scherbeanspruchung (Spannung) und Biegebeanspruchung (Torsion).
- Energiespeicher: Kann beides speichern Scherdehnung energy and Biegedehnungsenergie .
- Beruflicher Vorteil: Dieses einzigartige Design ermöglicht es, das zu erreichen zwei Funktionen innerhalb einer einzigen Komponente, was die mechanische Konstruktion und Montage erheblich vereinfacht.
2. Professionelle Auszeichnung in Design und Leistungsparametern
2.1 Unterschiede in der Steifigkeitsberechnung
| Federtyp | Schlüsselparameter der Steifigkeit | Steifigkeitsdefinition |
| Zugfeder | Dehnsteifigkeit | Erforderliche Kraft pro Dehnungseinheit (N/mm) |
| Torsionsfeder | Torsionssteifigkeit | Drehmoment required per unit of rotational angle (N·mm/deg) |
| Torsion Tension Spring | Doppelte Steifigkeit | Besitzt sowohl Dehn- als auch Torsionssteifigkeitseigenschaften |
Bei einer Torsionszugfeder muss der Konstrukteur die beiden Steifigkeitswerte unabhängig voneinander berechnen und ausgleichen, um die Anforderungen der Verbundbewegung zu erfüllen, beispielsweise bei Präzisionsgestängemechanismen.
2.2 Stresskonzentration und Ermüdungslebensdauer
- Zugfeder: Die Spannungskonzentration tritt hauptsächlich an der Klettverbindungsstelle auf, einem häufigen Ort für Ermüdungsversagen.
- Torsionsfeder: Im Übergangsbereich zwischen dem Endarm und den Hauptspulen tritt eine Spannungskonzentration auf.
- Torsionszugfeder: Aufgrund der Verbundbelastung ist es Die Stressanalyse ist die komplexeste . Es ist überlagerten Belastungen durch Zug und Torsion ausgesetzt und erfordert hochfesten Edelstahl und fortschrittliche Prozesse zur Spannungsentlastung.
3. Edelstahlmaterial und komplexe Anwendungen
3.1 Treiber für die Materialauswahl
- Korrosive Umgebungen: Edelstahl (z. B. AISI 304, 316) bietet hervorragende Ergebnisse Korrosionsbeständigkeit , unverzichtbar für medizinische, maritime und lebensmittelverarbeitende Geräte.
- Temperaturstabilität: Behält hohe Festigkeit und Elastizitätsmodul bei erhöhten Temperaturen bei und sorgt so für eine stabile Leistung.
- Nichtmagnetische Anforderungen: Bestimmte Edelstahlsorten (austenitisch) weisen geringe oder nichtmagnetische Eigenschaften auf und eignen sich für empfindliche elektronische Geräte.
3.2 Wert der zusammengesetzten Anwendung
Die Torsionszugfeder aus Edelstahl ist unverzichtbar in Bereichen, die eine hohe Integration und funktionale Vielseitigkeit erfordern:
- Präzisionsroboterarme und -greifer: Bietet gleichzeitig Zugkraft zum Greifen und Drehmoment für Winkelbewegungen.
- Scharniermechanismen: Systeme, die sowohl eine Rückzugkraft als auch ein Winkelpositionierungsdrehmoment erfordern.
- Ventile und Dämpfungssysteme: Liefert sowohl Zugdichtkraft als auch Torsionsantriebskraft zum Zurücksetzen von Komponenten.
