Eine Torsionsfeder ist eine mechanische Feder, die durch Aufbringen von Drehmoment oder Torsionskraft funktioniert, wenn sie entlang ihrer Achse verdreht wird. Die Feder besteht aus spiralförmig gewickeltem Metalldraht, wobei ein Ende des Drahtes mit einem festen Punkt und das andere Ende mit einem Drehpunkt verbunden ist. Wenn sich der Drehpunkt dreht, speichert die Feder durch Drehen Energie, und wenn die Rotationskraft abgelassen wird, gibt die Feder die gespeicherte Energie ab und gibt sie wieder ab. Obwohl der Name andere Bedeutungen impliziert, tragen Torsionsfedern eher eine Biegespannung als eine Torsionsspannung. Sie können Winkelenergie speichern und abgeben oder den Mechanismus statisch fixieren, indem sie die Beine um die Mittelachse des Körpers ablenken.
Drehmomentfedern sind in der Regel fest gewickelt, können aber eine Steigung haben, um die Reibung zwischen den Windungen zu verringern. Eine Torsionsfeder kann der Kraft standhalten, die durch Torsion oder Drehung ausgeübt wird. Je nach Anwendung kann die Torsionsfeder so ausgelegt werden, dass sie sich im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn dreht, wodurch die Windrichtung bestimmt wird.

Die Torsionsfederstruktur ist so konzipiert, dass sie Winkelenergie speichert und abgibt oder den Mechanismus statisch fixiert, indem sie die Beine um die Mittelachse des Körpers auslenkt. Wenn diese Art von Feder in die bevorzugte Richtung des Fertigungswindes abgelenkt wird, verringert sich der Durchmesser des Hauptkörpers und die Länge des Hauptkörpers nimmt leicht zu.

Drehmomentfedern haben ein breites Anwendungsspektrum und sind in verschiedenen Branchen unverzichtbar. Häufige Anwendungsbeispiele für Torsionsfedern sind:
Automobilindustrie: Drehmomentfedern werden für Türscharniere und Fahrzeugaufhängungen verwendet und tragen so zu einem reibungslosen Betrieb dieser Komponenten bei
Startseite: Diese Federn eignen sich für Garagentoren, Wäscheklammern und Klemmbretter und sorgen für einen reibungslosen Betrieb.
Elektronikindustrie: Drehmomentfedern spielen eine entscheidende Rolle bei der Bedienung von Schaltern und Kameras und sind damit ein wesentlicher Bestandteil in elektronischen Geräten.
Spielzeug und Konsumgüter: Sie werden für Spielzeug, Uhren und andere Konsumgüter verwendet, die eine Rotationskraft erfordern.
Mechanisch: Torsionsfedern werden häufig in verschiedenen Arten von Maschinen verwendet, um den reibungslosen Betrieb von Hebeln und anderen Komponenten zu erleichtern.
Schiffs- und Outdoor-Sportindustrie: Gedrehte Federn werden in lebensrettenden Geräten wie persönlichen Einstiegsstufen auf dem Schiff verwendet, und ihre Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit sind entscheidend.

Bei der Konstruktion einer Torsionsfeder ist es wichtig, Ihre Anwendung zu berücksichtigen und zu berücksichtigen, ob Sie runde, rechteckige oder unregelmäßige Drähte (z. B. quadratische Drähte) benötigen. Die einfachste und gebräuchlichste Konstruktion der Torsionsfeder ist eine monolithische Torsionsfeder aus rechteckigem Draht mit geraden Enden an beiden Enden, aber dieses Konstruktionsformat kann durch Biegen und Formen modifiziert werden.
Aufgrund der Tatsache, dass die Position der Schenkellager/Verbinder bei der Montage auf der linken oder rechten Seite sein muss, ist die Richtung des Fertigungswindes auch für Torsionsfederanwendungen wichtig. Eine Torsionsfeder wird in der Regel von einer Stange (Dorn) getragen, die mit der theoretischen Scharnierlinie des Endprodukts ausgerichtet ist. Die Konstruktion von Doppeltorsionsfedern ist komplexer und erfordert die Berücksichtigung von Fertigungsverfahren. Doppelte Torsionsfedern werden von der Mitte aus gewickelt, während einfache Torsionsfedern von beiden Enden gewickelt werden.

Die Torsionsfederstruktur zielt darauf ab, Energie zu speichern und abzugeben oder den Mechanismus an Ort und Stelle zu fixieren, indem die Achse um die Mittellinie des Hauptkörpers umgelenkt wird. Wenn sie in die richtige Richtung abgelenkt werden, verringern sie den Durchmesser des Körpers und vergrößern seine Länge.
Die Wickelrichtung der Schenkelfeder muss den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung entsprechen. Bei der Montage sollten sich die tragenden Beine auf der richtigen Seite (links oder rechts) befinden, um eine korrekte Ausrichtung zu gewährleisten. Die Torsionsfeder wird von einer Spindel abgestützt, die der Scharnierlinie der Anwendung entspricht.
Innendurchmesser
Der Innendurchmesser einer Torsionsfeder ist die Breite innerhalb der Windungsspirale, gemessen senkrecht zur Mittelachse. Diese Größe bestimmt den Außendurchmesser der Welle oder des Dorns, der reibungslos in die Feder geladen werden kann. Für einen optimalen Betrieb wird empfohlen, einen Spalt von 10 % im Innendurchmesser einzubauen, damit sich die eingesetzten Komponenten frei bewegen können.
außendurchmesser
Der Außendurchmesser einer Torsionsfeder ist die Breite außerhalb der Windungsspirale, gemessen senkrecht zur Mittellinie. Diese Größe definiert den Durchmesser der Federeinsteckbohrung unter Berücksichtigung aller notwendigen Abstände, die erforderlich sind, um den freien Betrieb der Feder zu gewährleisten.
Durchmesser des Drahtes
Der Drahtdurchmesser bezieht sich auf die Dicke des Drahtes, der zum Aufwickeln und Formen von Torsionsfedern verwendet wird.
Der durchschnittliche Durchmesser wird berechnet, indem der Drahtdurchmesser vom Außendurchmesser subtrahiert wird, und wird für die Berechnung der Spannung und der Federrate verwendet.
Körperlänge
Die Hauptlänge einer Torsionsfeder wird gemessen, wenn sich die Feder im unbelasteten Zustand befindet, und wird durch Messung der Außenfläche der Endwindung bestimmt. Wenn das Drehmoment aufgebracht wird, nimmt die Länge des Hauptkörpers zu, während der Durchmesser der Feder abnimmt.
Beinlänge
Die Beinlänge einer Torsionsfeder bezieht sich auf den Abstand vom Ende des Federschenkels zur Mittelachse der Windung. Dies wirkt sich auf die Last oder das Drehmoment aus, das erforderlich ist, um die Energie in der Feder zu speichern. Je kürzer das Bein, desto größer ist das Drehmoment, das erforderlich ist, um die Spule zu biegen. Außerdem können die Schenkel der Torsionsfeder unterschiedliche Längen haben.
Bus-Kreis
Die Gesamtzahl der Windungen in einer Torsionsfeder bezieht sich auf die effektive Anzahl der Windungen in der Windung. Eine effektive Spule ist eine Spule, die sich unter Last verdreht oder auslenkt und beim Loslassen der Feder Energie freisetzt. Aufgrund der nicht aktiven Spulen, die von den Beinen belegt werden, ist die Gesamtzahl der Spulen auf dem Bus etwas geringer als die Gesamtzahl der Spulen. Bei einer Torsionsfeder mit einem Schenkelwinkel von 0° in der freien Stellung ist der Gesamtwindungswert eine ganze Zahl.
Abmessungen der Torsionsfeder
Bitumen
Die Steigung einer Torsionsfeder ist der Achsabstand zwischen zwei benachbarten effektiven Windungen. Bei einer fest gewickelten Feder ist die Steigung ungefähr gleich dem Drahtdurchmesser. Dicht gewickelte Federn erzeugen jedoch während des Auslenkungsprozesses erhebliche Reibungskräfte. In der Regel wird empfohlen, die Gesamtzahl der Windungen und die Körperlänge der Torsionsfeder anstelle der Steigung anzugeben.
Wickelrichtung
Die Wickelrichtung einer Torsionsfeder ist spezifisch, sie kann rechts- oder linkshändig sein. Wenn die Spule nach rechts gewickelt wird, dreht sie sich im Uhrzeigersinn, und wenn sie nach links gewickelt wird, dreht sich die Spule gegen den Uhrzeigersinn. Durch die Beobachtung der Oberseite der Torsionsfeder kann die Wickelrichtung leicht identifiziert werden.
Bei der Auslegung von Torsionsfedern sollte sichergestellt werden, dass die Belastung und die Wicklungsrichtung konsistent sind. Müssen Last- und Wickelrichtung entgegengesetzt sein, müssen die Last und die Winkelauslenkung reduziert werden.
Das Verständnis der Wicklungsrichtung ist entscheidend für die normale Funktion einer Torsionsfeder, da sie die Richtung der Auslenkung bestimmt. Die Platzierung von Torsionsfedern in Anwendungen hängt von der Windrichtung ab, die sich auf die Positionierung und Bewegung der Vorder- und Hinterbeine auswirken kann.
Bei rechtshändigen Torsionsfedern drehen sich die Hinterbeine im Uhrzeigersinn, während sich die Vorderbeine gegen den Uhrzeigersinn drehen. Bei linken Schenkelfedern ist die Situation genau umgekehrt: Die Hinterbeine bewegen sich gegen den Uhrzeigersinn, während sich die Vorderbeine im Uhrzeigersinn bewegen.
Die Windrichtung der Torsionsfeder
Beinwinkel
Der Beinwinkel einer Torsionsfeder ist der Winkel zwischen den Beinen, wenn die Feder nicht belastet ist, und reicht von 0 ° bis 360 °. Die üblichen Standard-Schenkelwinkel für Torsionsfedern in den Geschäften betragen 90 °, 180 °, 270 ° und 360 °. Darüber hinaus können Hersteller die Beinwinkel an spezifische Kundenanforderungen anpassen.
Beinwinkel
Der Schenkelwinkel wirkt sich auf die Gesamtzahl der Windungen der Torsionsfeder aus. Wie bereits erwähnt, ist die Anzahl der Busspulen etwas geringer als die Gesamtzahl der Spulen in der Wicklung. Die folgende Formel beschreibt das Verhältnis zwischen dem Beinwinkel und der Anzahl der Buswendungen.
Schenkelwinkel in freier Position = Anzahl der inaktiven Windungen (Bruchwert) x 360 °
Richtung des Beins
Die Schenkelrichtung einer Torsionsfeder bezieht sich auf die Art und Weise, wie sich der Schenkel relativ zum Durchmesser der Feder biegt. Durch die scharfe Biegung der Stützbeine kann die Tragfähigkeit der Feder eingeschränkt werden, da sich die Spannung oft auf den Biegebereich konzentriert. Zu den gängigen Arten von Schenkelrichtungen gehören axiale, tangentiale, radiale und radiale Tangentialrichtungen. Unter ihnen trägt die tangentiale Schenkelkonfiguration die geringste Spannung.
Richtung des Beins
Bein-Style
Die Beine einer Torsionsfeder können verdreht, gebogen, eingehakt oder geschlungen werden, um eine einfache Installation und Bedienung zu ermöglichen. Im Folgenden sind gängige Schenkelarten für Torsionsfedern aufgeführt, aber kundenspezifische Schenkelarten können je nach Kundenwunsch geliefert werden.
Gerades Bein
Gerade versetztes Bein
Kurzes Hakenende
Klappbares Ende
Kreisförmiges Ende
Bein-Style
Die Leistungsfähigkeit einer Torsionsfeder wird durch folgende Eigenschaften und Parameter bestimmt:
Frühlings-Index
Der Federindex ist das Verhältnis des durchschnittlichen Durchmessers zum Drahtdurchmesser einer Torsionsfeder. Es gibt Einblicke in die Dichtheit, Festigkeit und Herstellbarkeit von Federwindungen. Durch die Verringerung des Federindex kann die Federfestigkeit erhöht werden, indem der Drahtdurchmesser vergrößert oder der Außendurchmesser der Feder verringert wird. Im Vergleich zu dünnen Drahtfedern haben dicke Drahtfedern eine höhere Festigkeit. Durch das Absenken des Federindex wird die Spule festgezogen und die Kraft erhöht, aber auch die Druckspannung auf die Spule erhöht. Aufgrund des erhöhten Werkzeugverschleißes und der zusätzlichen Verarbeitung, die zur Verlängerung der Lebensdauer erforderlich ist, ist die Herstellung von Federn mit niedrigeren Indizes eine größere Herausforderung. Federn mit einem Index von weniger als 4 oder mehr als 25 können nicht hergestellt werden, und der ideale Bereich liegt in der Regel zwischen 6 und 12.
Winkelförmige Auslenkung
Die Winkelauslenkung ist der Winkelabstand, bei dem sich ein Schenkel einer Torsionsfeder von einer freien Position in einen belasteten Zustand bewegt.
Winkelverschiebung
Maximale Durchbiegung
Die maximal zulässige Auslenkung ist die maximale Winkelauslenkung, die die Torsionsfeder unter Last, ohne Biegung oder übermäßige Beanspruchung erreichen kann. Wenn die Feder diese Auslenkung überschreitet, kann es sein, dass die Spule nach dem Entfernen der Last aufgrund von Materialnachgiebigkeit nicht in ihre ursprüngliche Position zurückkehren kann.
Die maximale Winkelauslenkung ist der Grad, bis zu dem sich eine Torsionsfeder unter Last verdrehen kann, über den hinaus sie sich durch übermäßige Beanspruchung verbiegt. Im Allgemeinen haben Torsionsfedern mit größeren Durchmessern und mehr Windungen eine höhere Durchbiegungsfähigkeit. Zum Beispiel können Garagentorfedern aufgrund ihrer großen Anzahl von Windungen und der geringen Konstruktionsbelastung mehrere Umdrehungen aushalten, ohne sich zu verbiegen.
Höchstlast
Die maximale Belastung ist das maximale Drehmoment, das die Torsionsfeder vor dem Biegen auf den Federschenkel ausüben kann. Die Tragfähigkeit einer Torsionsfeder wird durch die maximale Durchbiegung oder die maximale Belastung (je nachdem, was zuerst eintritt) begrenzt.
Steifigkeit der Feder
Die Federsteifigkeit ist ein Maß für die Rotationskraft, die auf eine Torsionsfeder pro Winkelverschiebungseinheit ausgeübt wird. Die folgende Formel kann verwendet werden, um die Federsteifigkeit einer Kreisspiral-Torsionsfeder zu berechnen:
Federrate pro Grad (Pfund Zoll/Grad)=. PL/Θ = E xd^4 / 3888 x D x Na
In dieser Gleichung steht P für die Last, L für den Kraftarm, Θ für die Winkelverschiebung, d für den Drahtdurchmesser, D für den durchschnittlichen Durchmesser, Na für die effektive Anzahl der Windungen und E für den Elastizitätsmodul des Materials. Die Konstante 3888 ist ein theoretischer Koeffizient, der verwendet wird, um die Reibung zwischen benachbarten Windungen sowie zwischen dem Federkörper und den verbundenen Komponenten einzustellen.
Die folgende Tabelle zeigt den Elastizitätsmodul verschiedener Arten von Torsionsfederdrähten, der für die Berechnung der Federsteifigkeit entscheidend ist:
Elastizitätsmodul des Federdrahtes
Elastizitätsmodul des Federdrahtes (psi x 10 6)
Musiklinie 30
Edelstahl 302, 304 und 316 Güteklassen 28
17-7 Edelstahl 29,5
Chrom-Vanadium Dreißig
Chrom-Silizium dreißig
Phosphorbronze 15
Die Federkonstante hängt mit dem Drehmoment und dem Winkelweg zusammen, wie in der folgenden Gleichung gezeigt. Diese Beziehung hilft bei der Bestimmung des Drehmoments, das für eine bestimmte Winkelverschiebung erforderlich ist, oder der Menge der Winkelverschiebung, die erforderlich ist, um eine bestimmte Kraft zu erzeugen.
Winkelverschiebung = Drehmoment / Federsteifigkeit
Drehmoment = Federsteifigkeit x Winkelweg
Druck
Die Biegespannung einer Schraubentorsionsfeder kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
Biegespannung (psi)=32 PLK/π d ³
Dabei steht K für den Biegespannungskorrekturkoeffizienten. Wenn ein Drehmoment auf die Torsionsfeder aufgebracht wird, vergrößern sich sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser aufgrund der höheren Biegespannung auf der Innenfläche im Vergleich zur Außenfläche. Bei kreisförmigen Spiral-Torsionsfedern wird der Biegespannungskorrekturfaktor für den Innendurchmesser nach der folgenden, von Wahl entwickelten Formel berechnet:
Schlüsselinformationen ID=[4C ² - C-1]/[4C (C-1)]
Dabei steht \ (C \) für den Frühjahrsindex. Die Biegespannung am Innen- und Außendurchmesser kann mit folgender Formel näherungsweise berechnet werden:
Schlüsselinformationen ID=[4C-1]/[4C-4]
KOD = [4C + 1] / [4C + 4]
Die Torsionsfeder sollte in der Richtung belastet werden, die zu einer Verringerung des Federdurchmessers führt, da das Aufbringen von Umformeigenspannungen in diese Richtung von Vorteil ist.