Eine Torsionsfeder ist eine Spiralfeder, die auch als Schraubenfeder bezeichnet wird. Sie sind so konstruiert, dass sie das Drehmoment radial aufbringen. Sie sind das Gegenteil von Druckfedern, die verwendet werden, um den Mechanismus auseinander zu halten. Die Torsionsfeder fixiert zwei Mechanismen miteinander, und ihre Dichtheit ist proportional zur im Inneren gespeicherten Energie. Die Spannung muss beseitigt werden, damit die Feder gespeicherte Energie freisetzen kann.

Verwenden Sie Torsionsfedern, wenn ein Rotationsdrehmoment erforderlich ist. Es gibt zwei Bauformen für Schenkelfedern - einfache Schenkelfedern und doppelte Schenkelfedern, wobei einfache Schenkelfedern die gebräuchlichste Art ist. Bei der Montage der Torsionsfeder auf der Welle ist zu beachten, dass sich der Innendurchmesser verringert, wenn sich die Feder in die Normalrichtung dreht, was dazu führen kann, dass die Feder mit der Welle stecken bleibt und die Feder unnötig belastet. Der Innendurchmesser der Feder und die Größe der Welle, auf die sie wirkt, müssen berücksichtigt werden. Wenn ein enger Biegeradius für das Verdrehen von Federbeinen erforderlich ist, werden in der Regel duktilere Federmaterialien verwendet, wie z. B. Klavierstahldraht ASTM A228, ölgehärteter Stahldraht ASTM A229 und Edelstahl 302 ASTM A313. Die Schenkelkonfiguration und der große Biegeradius in jedem gekrümmten Bereich tragen dazu bei, dass das verwendete Federmaterial nicht bricht.

Gedrehte Federn haben mehrere Vorteile, was sie zu einer beliebten Wahl in verschiedenen Anwendungen macht.
Haltbarkeit: Drehmomentfedern sind so konstruiert, dass sie hohen Belastungen und hohen Nutzungsraten standhalten und in der Regel eine längere Lebensdauer haben als andere Federtypen. Seine robuste Struktur ermöglicht es ihm, mehr Zyklen zu überstehen, wodurch die Häufigkeit von Austausch- und Wartungsarbeiten reduziert wird.
Design: Das Design der Torsionsfeder ermöglicht eine gleichmäßige Gewichtsverteilung und ist damit die ideale Wahl für Anwendungen, die eine stabile und kontrollierte Bewegung erfordern. Dieses ausgewogene Design trägt auch dazu bei, die langfristige Zuverlässigkeit und Effizienz zu verbessern.
Reibungsloser Betrieb: Die Torsionsfeder sorgt für eine gleichmäßige und kontrollierbare Bewegung, was besonders bei Anwendungen nützlich ist, die eine allmählich gleichmäßige Krafteinleitung erfordern. Durch diesen reibungslosen Betrieb kann der Druck auf die Verbindungskomponenten reduziert und so die Lebensdauer des gesamten Systems verlängert werden.

Arten von Torsionsfedern
Einfach-Torsionsfeder: eine einzelne Schraubenfeder, die für Anwendungen geeignet ist, die eine mittlere bis hohe Rotationskraft erfordern.
Doppelte Torsionsfeder: Die doppelte Schraubenfeder ist gegenläufig gewickelt, was höheren Belastungen standhält und für eine höhere Stabilität sorgt. Sie sind die ideale Wahl für Heavy-Duty-Anwendungen.
Biegearten
Radiales Biegen: Das Coil biegt sich entlang eines Radius, was sich sehr gut für Anwendungen eignet, die eine vertikale Kraft erfordern, wie z. B. Automobilkomponenten.
Axiales Biegen: Die Spule biegt sich entlang der Achse, geeignet für Anwendungen, bei denen die Kraft parallel zur Federachse ist, wie z. B. bei elektronischen Geräten.
Spiralbiegen: Das kontinuierliche Spiralbiegen sorgt für eine gleichmäßige und gleichmäßige Kraft und ist damit ideal für Präzisionsinstrumente und Spezialmaschinen.
Tangentiale Biegung: Die Spule biegt sich tangential entlang der Mittelachse und bietet so einzigartige Krafteigenschaften.

Konstruktion einer Torsionsfeder
Die Konstruktion einer Torsionsfeder ist ein systematischer Prozess, der eine sorgfältige Abwägung der Anwendungsanforderungen, der Materialeigenschaften und der mechanischen Prinzipien erfordert. Die folgende Schritt-für-Schritt-Anleitung bietet eine strukturierte Methode zur Erstellung effektiver Torsionsfederkonstruktionen.
Schritt-für-Schritt-Anleitung
1. Definieren Sie die Anwendungsanforderungen
Erforderliches Drehmoment (M): Bestimmen Sie das Drehmoment, das erforderlich ist, um die erwartete Funktion auszuführen.
Winkelauslenkung (θ): Berechnen Sie den Winkel, in dem sich die Feder verdrehen muss.
Umgebungsbedingungen: Bewerten Sie Faktoren wie Temperatur, Korrosion und Exposition gegenüber Chemikalien.
2. Ermitteln Sie Platzbeschränkungen
Innendurchmesser (ID): muss für jede Welle oder Stange geeignet sein, auf der die Feder montiert ist. Der Innendurchmesser der Torsionsfeder sollte immer mindestens 15 % größer sein als die Welle oder Stange, auf der die Torsionsfeder montiert ist. Warum? Denn wenn sich der Torsionsfederschenkel bewegt, schrumpft der Innendurchmesser und Sie möchten nicht, dass die Torsionsfeder an der Welle hängen bleibt. Wenn die Torsionsfeder an der Stange oder Welle hängen bleibt, verliert die Torsionsfeder jegliches Drehmoment und kann nicht mehr funktionieren.
Außendurchmesser (AD): Es sollte nicht mit umgebenden Komponenten oder Schalen kollidieren.
Körperlänge: Achten Sie darauf, dass die Länge der Feder dem verfügbaren Platz entspricht.
Beinlänge und Ausrichtung: Überlegen Sie, wie die Beine mit der Anwendung verbunden sind.
3. Materialien auswählen
Leistungsanforderungen: Wählen Sie Materialien aus, die die Anforderungen an Festigkeit, Flexibilität und Umweltverträglichkeit erfüllen.
Kostenüberlegungen: Wägen Sie Leistung mit Material- und Herstellungskosten ab.
4. Berechnen Sie die Schlüsselabmessungen
Mittlerer Durchmesser (MD): MD=OD − d
Drahtdurchmesser (d): Schätzen Sie den Wert basierend auf Drehmoment und Platzbeschränkungen.
Federindex: Federindex=MD ÷ d
Der Zielwert liegt zwischen 5 und 12.
5. Bestimmen Sie die Anzahl der effektiven Spulen (N)
Berechnung der Winkeldurchbiegung:
Schätzen Sie N unter Verwendung der erforderlichen Winkeldurchbiegung und der Materialeigenschaften.
Gleichgewicht:
Achten Sie darauf, dass die Anzahl der Windungen die erforderliche Durchbiegung zulässt und die Spannungsgrenze nicht überschreitet.
6. Konfiguration der Schenkel entwerfen
Funktion: Die Beine müssen das Drehmoment effektiv auf die Anwendung übertragen.
Einfachheit: Halten Sie das Beindesign einfach, um die Komplexität der Fertigung zu reduzieren.
Winkel und Biegung: Geben Sie genaue Winkel und Längen an, die der Anwendung entsprechen.
7. Berechnen Sie die Federsteifigkeit (k)
Unter Verwendung der Federratenformel: Rt=Ed ^ 4/10,8 DN S=10,2 M/d ^ 3
Anpassung:
Ändern Sie d, D oder N, um das gewünschte k zu erhalten.
8. Prototyp und Test
Beispiel erstellen: Erstellen Sie einen Prototyp basierend auf den berechneten Abmessungen.
Testen:
Installieren Sie tatsächliche Anwendungen oder Testeinstellungen.
Messen Sie Drehmoment, Durchbiegung und beobachten Sie die Leistung.
Iteration:
Passen Sie die Designparameter basierend auf den Testergebnissen an.