Comment déterminer le sens d'enroulement (à gauche ou à droite) des ressorts de torsion en acier inoxydable en fonction des exigences de l'application

En tant que composant mécanique de précision, le sens d'enroulement d'un ressort de torsion en acier inoxydable n'est pas arbitraire ; il est déterminé par des mécanismes d'ingénierie rigoureux et des exigences d'application. La sélection correcte du remontage à gauche ou à droite est cruciale pour garantir les performances du ressort, prolonger la durée de vie en fatigue et prévenir les pannes. D'un point de vue professionnel, le principe de base pour sélectionner la direction d'enroulement d'un ressort de torsion est que la direction contrainte-couple pendant le fonctionnement doit provoquer le resserrement des spires du ressort (diminution du diamètre intérieur), et non leur expansion (augmentation du diamètre intérieur).

Définition et jugement de la direction d'enroulement

Avant d'aborder le mécanisme de sélection, il est important de clarifier les définitions du remontage à gauche et à droite.

Remontage à droite (RH) : Du point de vue de l'observateur, lorsque le fil d'extrémité du ressort continue de s'étendre dans le sens des aiguilles d'une montre, le ressort est considéré comme étant enroulé à droite.

Remontage à gauche (LH) : Du point de vue de l'observateur, lorsque le fil d'extrémité du ressort continue de s'étendre dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le ressort est considéré comme étant enroulé à gauche.

En pratique, le ressort peut être maintenu droit avec le pouce tourné vers le haut et les doigts pliés. Si la direction de la bobine s'aligne avec la direction de flexion des doigts de la main droite, elle est droitière ; s'il s'aligne avec la direction de flexion des doigts de la main gauche, il est gaucher. Cette détermination constitue la base de toutes les analyses ultérieures des applications de torsion.

Principes fondamentaux de sélection basés sur les caractéristiques de stress

La fonction principale d'un ressort de torsion en acier inoxydable est de stocker et de libérer de l'énergie angulaire, soumettant la bobine à une contrainte de flexion. Le choix du sens d'enroulement affecte directement l'effet combiné de la formation de contraintes résiduelles et de contraintes de travail, ce qui est crucial pour déterminer la durée de vie du ressort.

Effets symétriques du stress résiduel et du stress au travail :

Lors du processus de fabrication et d'enroulement d'un ressort de torsion, une contrainte résiduelle est générée dans le fil. Cette contrainte résiduelle est en compression à l'extérieur du fil et en traction à l'intérieur.

La conception idéale est de garantir que la contrainte de flexion générée par le couple de travail et la contrainte résiduelle générée par le processus d'enroulement soient dans des directions opposées, se compensant ainsi et réduisant efficacement la contrainte maximale sur la surface du ressort.

Contrôle du changement de diamètre de bobine :

Lorsqu'un ressort est soumis à une charge de torsion, son diamètre intérieur change.

Lorsque la direction de chargement resserre la bobine (diminue le diamètre intérieur), la contrainte de traction à l'intérieur du fil diminue, ce qui contribue à améliorer la résistance à la fatigue.

Lorsque la direction de chargement dilate la bobine (augmente le diamètre intérieur), la contrainte de traction à l'intérieur du fil augmente, exacerbant la concentration des contraintes et conduisant facilement à une défaillance précoce.

Principe de conclusion : les ressorts droitiers doivent appliquer un couple dans le sens des aiguilles d'une montre ; les ressorts gauchers doivent appliquer un couple dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. En d’autres termes, le ressort doit être chargé dans le sens qui diminue le diamètre de la bobine.

Détermination de la direction dans des scénarios d'application typiques

Dans les systèmes mécaniques complexes, les exigences d'application des ressorts de couple peuvent être résumées dans les catégories suivantes, qui déterminent leur sens d'enroulement :

Systèmes d'entraînement et de réinitialisation unidirectionnels :

Condition préalable : Si le ressort est utilisé pour fournir un couple dans un sens (par exemple, pour fermer une porte ou réarmer un levier), le sens de rotation de l'élément d'entraînement doit d'abord être déterminé.

Sélection : Si l'application nécessite un couple de rappel du ressort dans le sens des aiguilles d'une montre, le ressort doit tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre lorsqu'il est chargé (pour stocker de l'énergie), donc un ressort gauche doit être sélectionné. À l'inverse, si un couple de rappel dans le sens inverse des aiguilles d'une montre est requis, un ressort droit doit être sélectionné.

Système équilibré à double ressort (par exemple, porte de garage) :

Exigence : Dans les systèmes équilibrés robustes comme les portes de garage, deux ressorts de couple sont généralement utilisés, montés à chaque extrémité du tube de torsion. Ils doivent fournir des couples opposés pour équilibrer le poids de la porte et empêcher la déflexion de l’arbre.

Sélection : face à une porte de garage, le ressort du côté gauche est généralement droitier (fournissant un couple dans le sens des aiguilles d'une montre), tandis que le ressort du côté droit est généralement gaucher (fournissant un couple dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) pour assurer un enroulement et un relâchement synchrones du câble des deux côtés. Cette configuration symétrique est une exigence technique pour l’équilibrage des forces.

Contraintes d'espace et commodité d'installation :

Dans certains appareils compacts, les pattes à ressort peuvent interférer avec les composants environnants. Les positions initiale et finale des pieds déterminent l'angle de rotation requis, tandis que la direction d'enroulement affecte l'occupation de l'espace des pieds.

Les conceptions professionnelles nécessitent une modélisation CAO 3D pour garantir que le ressort et ses pattes n'entrent pas en contact avec d'autres composants à l'état complètement dévié, facilitant ainsi l'assemblage.

Mesures d’évitement dans le design professionnel

Évitez la charge inversée : dans toutes les circonstances, évitez strictement de charger le ressort dans une direction qui provoque le déroulement des bobines. Cela entraînera non seulement une forte augmentation des contraintes, mais pourra également entraîner une perte de pas, une augmentation de la friction entre les bobines et une aggravation de l'usure.

Ajustement du mandrin : qu'il s'agisse d'un enroulement à gauche ou à droite, le diamètre intérieur diminue lorsqu'il est chargé. Lors de la conception du diamètre du mandrin, le diamètre intérieur minimum à l'état complètement dévié doit être utilisé comme référence, permettant un jeu suffisant pour éviter tout grippage ou frottement excessif.