+86-575-83030220

ข่าว

ประเภทของสปริง: การอัด การยืด แรงบิด และอื่นๆ

ผู้โพสต์ ผู้ดูแล

สปริงประเภทหลักๆ ตอบได้โดยตรง

มี สปริงหลักหกประเภท ใช้กับผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมและสินค้าอุปโภคบริโภค: สปริงอัด, สปริงขยาย, สปริงบิด, สปริงแรงคงที่, สปริงคลื่น และสปริงจาน (Belleville) แต่ละพลังงานถูกกำหนดโดยวิธีการกักเก็บและปล่อยพลังงานกล เช่น บีบอัด ยืด บิด หมุน แบน หรือซ้อนกัน ทางเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับทิศทางการโหลด พื้นที่ว่าง และจำนวนรอบการทำงานที่ชิ้นส่วนต้องคงอยู่ และเกือบทั้งหมดในปัจจุบันนี้ถูกสร้างขึ้นด้วยคอมพิวเตอร์ที่ควบคุม เครื่องสปริง แทนที่จะด้วยมือ

หมวดหมู่ของสปริงนั้นจริงๆ แล้วเป็นการจดชวเลขสำหรับพฤติกรรมทางกล สปริงอัดดันกลับ สปริงขยายจะดึงกลับ สปริงบิดต้านทานการบิด เมื่อพฤติกรรมนั้นได้รับการแก้ไขแล้ว ทุกอย่างอื่นๆ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวด จำนวนคอยล์ รูปทรงส่วนปลาย และวัสดุ จะเป็นแบบฝึกหัดการปรับแต่งเพื่อให้ได้โหลดตามเป้าหมาย การโก่งตัว และอายุการใช้งาน

คู่มือนี้จะแจกแจงรายละเอียดสปริงแต่ละประเภทในเชิงลึก วัสดุที่อยู่เบื้องหลัง วิธีที่เครื่องจักรสปริงสมัยใหม่กำหนดรูปร่างของสปริงแต่ละชนิด วิธีที่วิศวกรกำหนดขนาดสปริงสำหรับกล่องโหลดจริง โดยที่แต่ละประเภทจะปรากฏในอุตสาหกรรมต่างๆ จุดที่เกิดข้อผิดพลาดทั่วไป การตกแต่งขั้นสุดท้ายและการป้องกันการกัดกร่อน และวิธีการเปรียบเทียบราคาเมื่อจัดหาปริมาณการผลิต

สปริงอัด: พลังขับเคลื่อนของแรงผลักกลับ

สปริงอัดเป็นสปริงขดเปิดที่ออกแบบมาเพื่อต้านทานแรงบีบและดันกลับเมื่อถูกบีบอัด เป็นสปริงชนิดที่พบมากที่สุดในการประกอบเครื่องจักรกล โดยปรากฏในที่นอน ปากกาลูกลื่น วาล์ว ระบบกันสะเทือน และแม่พิมพ์อุตสาหกรรม เมื่อโหลดดันขดลวดเข้าหากัน สปริงจะเก็บพลังงานและดันกลับไปตามแกนเดิมเมื่อปล่อยโหลดแล้ว

เนื่องจากคอยล์แยกจากกันในขณะพัก จึงสามารถบีบอัดสปริงอัดได้จนกว่าคอยล์จะสัมผัสกัน ซึ่งเป็นสถานะที่เรียกว่าความสูงที่มั่นคง การออกแบบที่ดีช่วยให้สปริงอยู่ห่างจากความสูงที่มั่นคงในการทำงานปกติ เนื่องจากการหลุดออกจากจุดต่ำสุดซ้ำๆ จะทำให้ลวดแข็ง ณ จุดที่สัมผัสกัน และทำให้อายุการใช้งานที่ล้าสั้นลง คำแนะนำทางวิศวกรรมส่วนใหญ่จะรักษาการโก่งตัวของการทำงานไว้ที่ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่าของระยะการเคลื่อนที่ทั้งหมดที่มีไปยังระดับความสูงที่มั่นคง เหลือขอบเขตด้านความปลอดภัยสำหรับเหตุการณ์การเคลื่อนที่เกิน

การกำหนดค่าสปริงอัดทั่วไป

  • ทรงกระบอกตรง — เส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์คงที่ ซึ่งเป็นการกำหนดค่ามาตรฐานสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่
  • ทรงกรวย (เรียว) — เส้นผ่านศูนย์กลางของคอยล์แคบไปทางปลายด้านหนึ่ง ช่วยลดความสูงของของแข็งและต้านทานการโก่งงอ
  • รูปทรงกระบอก — เส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์กว้างที่สุดตรงกลาง ใช้เพื่อลดเสียงสะท้อนและการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในการปั่นจักรยานด้วยความเร็วสูง
  • รูปนาฬิกาทราย - เส้นผ่านศูนย์กลางขดจะแคบลงตรงกลาง ด้านหลังของรูปแบบถัง บางครั้งใช้เพื่อซ้อนสปริงตัวหนึ่งไว้ข้างในอีกสปริงหนึ่งบางส่วน
  • ระยะพิทช์ที่แปรผัน — ระยะห่างของคอยล์จะเปลี่ยนไปตามความยาวเพื่อลดการตอบสนองของโหลดเริ่มต้น

ประเภทสิ้นสุดและเหตุใดจึงมีความสำคัญ

สปริงอัดยังถูกกำหนดโดยวิธีการทำงานของคอยล์ปลายอีกด้วย ปลายธรรมดาปล่อยให้ลวดตัดเป็นมุมที่ตรงกับเกลียว ซึ่งผลิตได้เร็ว แต่ปล่อยให้สปริงโยกรับน้ำหนักเล็กน้อย ปลายสี่เหลี่ยมจัตุรัสเป็นแบบกราวด์หรือกดให้แบน ดังนั้นสปริงจึงตั้งตรงบนพื้นผิวเรียบโดยไม่มีการเอียง และปลายสี่เหลี่ยมจัตุรัสและกราวด์จะก้าวไปอีกขั้นด้วยการเจียรคอยล์ปลายให้เรียบอย่างสมบูรณ์แบบ ซึ่งเป็นเรื่องปกติในทุกที่ที่สปริงจำเป็นต้องวางให้เท่ากันกับแผ่นแบน เช่น ในชุดประกอบวาล์ว

เกรดการผลิต เครื่องสปริง สร้างสปริงอัดโดยการป้อนลวดผ่านชุดลูกกลิ้งฟีดแล้วพันไว้รอบแกนหรือหมุดขึ้นรูป จากนั้นเครื่องมือตัดจะแยกแต่ละคอยล์ตามความยาวที่ตั้งโปรแกรมไว้ เครื่องจักรที่ควบคุมด้วย CNC สามารถรักษาระดับความคลาดเคลื่อนของพิทช์ให้แน่นพอที่จะรักษาความแปรผันของอัตราสปริงให้ต่ำกว่าประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ตลอดการดำเนินการผลิต ซึ่งมีความสำคัญสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องใช้แรงสม่ำเสมอ เช่น สปริงวาล์ว โดยทั่วไปแล้ว ไลน์สปริงอัดปริมาณมากจะจับคู่หัวขดกับสถานีเจียรแบบอินไลน์ เพื่อให้ปลายที่เป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสสามารถเสร็จได้โดยไม่ต้องดำเนินการรองแยกต่างหาก

สปริงเสริม: สร้างขึ้นเพื่อต้านทานการยืดตัว

สปริงส่วนต่อขยายเป็นขดที่ขดแน่นซึ่งทนทานต่อแรงดึง และพยายามกลับคืนสู่ความยาวเดิมเมื่อปล่อยออก ต่างจากสปริงอัดตรงที่คอยล์จะวางชิดกัน — โดยปกติจะมีแรงตึงเริ่มต้นอยู่ภายใน — ดังนั้นสปริงจะเริ่มยืดเมื่อแรงที่ใช้เกินพรีโหลดนั้นเท่านั้น กลไกประตูโรงรถ แทรมโพลีน ประตูมุ้งลวด และสวิตช์สลับ ล้วนแต่ใช้สปริงขยาย

ความตึงเริ่มต้นถือเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่เข้าใจผิดของสปริงส่วนต่อ เนื่องจากขดลวดถูกพันกันแน่นระหว่างการขึ้นรูป สปริงจะต้านทานแรงดึงใดๆ เลยจนกว่าแรงที่จ่ายจะเกินแรงดึงในตัว จากนั้นสปริงจะเริ่มยืดตามสัดส่วนของน้ำหนักที่เพิ่มเข้าไป นักออกแบบระบุความตึงเริ่มแรกนี้อย่างจงใจ เนื่องจากน้อยเกินไปทำให้สปริงหย่อนขณะอยู่นิ่ง ในขณะที่มากเกินไปทำให้กลไกรู้สึกแข็งเมื่อเริ่มเคลื่อนที่

End-Hook เป็นตัวกำหนดการใช้งาน

งานออกแบบส่วนต่อขยายสปริงส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ส่วนปลาย ไม่ใช่ที่ตัวคอยล์ ตะขอเกี่ยวเครื่องจักร ห่วงไขว้ ห่วงด้านข้าง และห่วงที่ขยายออก ต่างก็เปลี่ยนวิธีการยึดสปริงและความเข้มข้นของแรงที่ส่วนโค้ง เนื่องจากการโค้งงอของขอเกี่ยวมักเป็นจุดที่ความล้มเหลวจากความเมื่อยล้าเริ่มต้นขึ้น รูปทรงของขอเกี่ยวมักเป็นปัจจัยจำกัดในชีวิตการทำงานของสปริงมากกว่าตัวขดลวดเอง

ลักษณะตะขอทั่วไป

  • ตะขอเกี่ยวเครื่องจักร — การงอครึ่งวงธรรมดาจากคอยล์สุดท้าย ซึ่งเป็นตัวเลือกที่เร็วและแพงที่สุด
  • วนรอบเต็มตรงกลาง — วนอยู่ตรงกลางเหนือตัวคอยล์ ช่วยลดภาระด้านข้างบนหมุดยึด
  • ห่วงด้านข้าง — ห่วงจะเยื้องไปด้านใดด้านหนึ่ง มักใช้ในตำแหน่งที่ยึดสปริงแนบชิดกับผนังหรือฉากยึด
  • ตะขอหรือห่วงแบบขยาย — ส่วนที่เป็นเส้นตรงจะยื่นออกไปเลยขดลวดก่อนที่จะเกิดห่วง มีประโยชน์สำหรับการไปถึงจุดยึดที่ถอยกลับจากตัวคอยล์

ในเครื่องจักรสปริงที่ทันสมัย การขึ้นรูปขอเกี่ยวจะดำเนินการในวงจรเดียวกับการขด: หลังจากที่เครื่องมือขดม้วนหมุนตัวเครื่องแล้ว เครื่องมือรองจะหมุนและงอปลายลวดให้เป็นรูปทรงขอเกี่ยวก่อนจะตัดออก วิธีนี้ช่วยให้การจัดแนวขอเกี่ยวมีความสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นหนึ่งในข้อร้องเรียนด้านคุณภาพที่พบบ่อยเมื่อสปริงส่วนขยายถูกสร้างขึ้นด้วยมือ มุมขอเกี่ยวที่สม่ำเสมอยังมีความสำคัญต่อวิธีที่สปริงแขวนอยู่ในขายึดด้วย - ตะขอแบบบิดสามารถทำให้เกิดภาระด้านข้างที่ไม่ต้องการซึ่งตัวคอยล์ไม่เคยได้รับการออกแบบมาให้รับน้ำหนักได้

สปริงทอร์ชั่น: เก็บพลังงานผ่านการหมุน

สปริงทอร์ชันเก็บพลังงานเมื่อบิดรอบแกน แทนที่จะถูกผลักหรือดึงไปตามสปริง ตัวคอยล์ทนทานต่อการเคลื่อนตัวเชิงมุม และขาตรงที่ปลายแต่ละด้านจะส่งแรงหมุนนั้นไปยังชุดประกอบ ไม้หนีบผ้า กับดักหนู ระบบถ่วงดุลประตูโรงรถ และบานพับประตูตู้เป็นตัวอย่างทั่วไป

สปริงทอร์ชั่นต่างจากสปริงอัดและสปริงขยายตรงที่ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานโดยเส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์จะลดลงเล็กน้อยเมื่อลมขึ้นภายใต้ภาระ นั่นหมายความว่าเพลาหรือแมนเดรลที่วางอยู่บนจะต้องมีขนาดที่มีระยะห่างเพื่อลดส่วนนี้ ไม่เช่นนั้นคอยล์จะผูกติดกับเพลาก่อนที่สปริงจะเคลื่อนที่ไปถึงที่ตั้งใจไว้ ซึ่งเป็นรายละเอียดที่ทำให้นักออกแบบมือใหม่หลายคนเกิดความไม่ทันตั้งตัว

คุณสมบัติสปริงบิด ผลการออกแบบ
ทิศทางคอยล์ (มือซ้ายหรือขวา) ต้องตรงกับทิศทางที่สปริงตั้งใจจะม้วนขึ้นภายใต้ภาระ ไม่เช่นนั้นคอยล์จะคลายออกแทนที่จะขันให้แน่น
การกำหนดค่าขา ขาตรง บานพับ หรือขาที่ทำมุมจะกำหนดว่าแรงบิดจะถ่ายโอนไปยังชุดประกอบโดยรอบอย่างไร
จำนวนคอยส์ที่ใช้งานอยู่ โดยทั่วไปขดลวดจำนวนมากจะลดอัตราแรงบิดและเพิ่มระยะการเคลื่อนที่ในการหมุน
ลักษณะร่างกาย (แผลใกล้และระยะห่าง) คอยล์ปิดแผลลดเสียงรบกวนจากการเสียดสีระหว่างคอยล์ คอยล์เว้นระยะช่วยลดโอกาสการพันกันภายใต้ภาระหนัก
ตัวแปรสปริงแรงบิดหลักที่กำหนดว่าการออกแบบมีประสิทธิภาพอย่างไรในการให้บริการ

สปริงทอร์ชั่นถูกนำมาใช้ที่ไหน

นอกเหนือจากตัวอย่างในครัวเรือนแล้ว สปริงทอร์ชั่นยังปรากฏอยู่ในกลไกถ่วงดุลสำหรับประตูเหนือศีรษะที่มีน้ำหนักมาก สปริงคืนในชุดเฟืองวงล้อและอุ้งเท้า บานพับโช้คอัพบนตู้และกรอบหุ้ม และกลไกการจับยึดที่ต้องใช้แรงหมุนที่เบาและสม่ำเสมอเพื่อยึดสองส่วนเข้าด้วยกันโดยไม่ต้องใช้ตัวยึดแยกกัน

สปริงทอร์ชั่นมักจะขึ้นรูปด้วยเครื่องสปริง CNC ที่มีหัวโกนขาแบบหมุนได้ เนื่องจากความแม่นยำของมุมขาจะส่งผลโดยตรงต่อการวางสปริงที่นั่งในรูยึด ขาที่หลุดออกไปแม้แต่สองสามองศาก็สามารถสร้างความไม่สอดคล้องกันของพรีโหลดในสายการผลิตได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมุมของขาจึงเป็นหนึ่งในมิติแรกๆ ที่ได้รับการตรวจสอบระหว่างการตรวจสอบขาเข้าในการตั้งค่าเครื่องมือใหม่

สปริงชนิดพิเศษที่นอกเหนือจากสามพื้นฐาน

ดิสก์(เบลล์วิลล์)สปริง

สปริง Belleville เป็นแหวนรองรูปทรงกรวยที่ราบเรียบภายใต้แรงกดตามแนวแกน การวางซ้อนกันแบบอนุกรมจะเพิ่มการเคลื่อนที่ ในขณะที่การวางซ้อนแบบขนานจะเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนัก ซึ่งทำให้มีประโยชน์ทุกที่ที่นักออกแบบต้องการเส้นโค้งแรงเฉพาะในพื้นที่แนวแกนที่สั้นมาก เช่น ชุดประกอบหน้าแปลนแบบสลักเกลียวและเครื่องจักรกลหนักเป็นตัวอย่างทั่วไป คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของจานสปริงคือ สามารถปรับเส้นโค้งแรงได้โดยความสูงของกรวยที่สัมพันธ์กับความหนา โดยกรวยแบบตื้นให้การตอบสนองของแรงเกือบเป็นเส้นตรง ในขณะที่กรวยทรงสูงสามารถปรับได้เพื่อสร้างเส้นโค้งแรงแบบแบนหรือแบบสแน็ปทรู ซึ่งมีประโยชน์ในกลไกการปล่อยโอเวอร์โหลด

เวฟ สปริง

เวฟสปริงใช้รูปทรงวงแหวนหยักแทนขดลวดแบบลวดกลม โดยให้แรงสปริงแบบเดียวกับคอยล์สปริงในความสูงประมาณหนึ่งในสามถึงครึ่งหนึ่งของความสูงที่ถูกบีบอัด พรีโหลดของแบริ่งและการใช้งานตัวเชื่อมต่ออิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กชอบสปริงคลื่นเมื่อพื้นที่ตามแนวแกนมีจำกัด โดยทั่วไปแล้วจะผลิตแบบเลี้ยวเดียว หลายเลี้ยว และแบบซ้อน โดยสปริงคลื่นหลายเลี้ยวมักใช้เมื่อมีความสูงในการทำงานที่สูงขึ้น แต่พื้นที่ในแนวรัศมียังคับแคบ

สปริงแรงคงที่

รีดจากแถบแบนที่มีความเค้นก่อนแทนที่จะเป็นลวดกลม สปริงแรงคงที่ให้แรงเอาท์พุตที่เกือบเท่ากันตลอดช่วงการยืดทั้งหมด แทนที่จะเป็นเส้นโค้งแรงที่เพิ่มขึ้น เทปวัดแบบยืดหดได้ กลไกการถ่วงดุล และม้วนสายเคเบิลอาศัยลักษณะการทำงานนี้ เนื่องจากแถบถูกขดตัวเองเป็นม้วนแน่นขณะพักและคลายตัวภายใต้ภาระ แรงที่ส่งออกจึงยังคงราบเรียบอย่างน่าทึ่งเมื่อเทียบกับความต้านทานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของคอยล์สปริง

แก๊สสปริง

สปริงแก๊สเป็นประเภทที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง — กระบอกสูบปิดผนึกด้วยแก๊สอัดและก้านลูกสูบ ใช้ในที่ที่ต้องการส่วนต่อขยายที่ควบคุมและรองรับได้ เช่น สตรัทแฮทช์รถยนต์ และเก้าอี้สำนักงานแบบปรับได้ ผลิตขึ้นโดยใช้อุปกรณ์เติมไฮดรอลิกแทนที่จะเป็นเครื่องสปริงขึ้นรูปลวด

ก้นหอยและสปริงเซอร์เพนไทน์

สองประเภทที่พบไม่บ่อยแต่ยังคงมีความเกี่ยวข้องจะรวมอยู่ในหมวดหมู่พิเศษ สปริงก้นหอยเป็นแถบแบนพันเป็นรูปกรวยและทำหน้าที่เหมือนสปริงอัดที่มีความต้านทานต่อการโก่งงอได้ดีเยี่ยม ซึ่งในอดีตเคยใช้กับระบบกันสะเทือนของยานพาหนะหนัก สปริงเซอร์เพนไทน์ถูกสร้างขึ้นจากลวดกลมซิกแซกที่ต่อเนื่องกัน และครั้งหนึ่งเคยพบเห็นได้ทั่วไปในเบาะนั่งหุ้ม มีค่าสำหรับการกระจายน้ำหนักอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งถาดรองนั่งที่กว้าง แทนที่จะมุ่งไปที่จุดไม่กี่จุด

วัสดุและวิธีที่เครื่องสปริงสร้างรูปร่าง

ประเภทของสปริงที่ผลิตมักจะเป็นตัวกำหนดว่าลวดโลหะผสมชนิดใดที่เหมาะสม และโลหะผสมแต่ละชนิดจะมีพฤติกรรมแตกต่างกันเมื่อถูกป้อนผ่านเครื่องสปริง

  1. เหล็กกล้าคาร์บอนสูง (สายดนตรี) — ตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับสปริงอัดและสปริงขยายที่ความต้านทานแรงดึงสูงและความต้านทานต่อความเมื่อยล้ามีความสำคัญมากกว่าความต้านทานการกัดกร่อน
  2. สแตนเลส (302/304/316) — เลือกสำหรับสปริงบิดและสปริงอัดที่สัมผัสกับความชื้น สารเคมี หรือสภาพแวดล้อมที่สัมผัสกับอาหาร
  3. โลหะผสมโครเมียมซิลิกอนและโครเมียมวาเนเดียม — ใช้สำหรับการใช้งานที่มีความเครียดสูงและอุณหภูมิสูง เช่น สปริงวาล์วและสปริงทอร์ชั่นรับแรงกระแทก
  4. ทองแดงเบริลเลียมและทองแดงฟอสเฟอร์ — เลือกสำหรับสปริงหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าที่ต้องการการนำไฟฟ้าควบคู่ไปกับพฤติกรรมของสปริง
  5. อินโคเนลและโลหะผสมนิกเกิลอื่นๆ — สงวนไว้สำหรับสปริงที่ต้องคงคุณสมบัติไว้ที่อุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่องเกินกว่าที่เหล็กกล้าคาร์บอนจะทนได้

เส้นผ่านศูนย์กลางลวดและดัชนีสปริง

สองมิติมีอิทธิพลเหนือพฤติกรรมของสปริงมากกว่าตัวแปรเดี่ยวอื่นๆ ได้แก่ เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดและดัชนีสปริง อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวด ลวดที่หนาขึ้นจะทำให้ความแข็งเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากอัตราสปริงจะปรับขนาดด้วยกำลังสี่ของเส้นผ่านศูนย์กลางลวด ในขณะที่ดัชนีสปริงต่ำ (ขดลวดที่แน่นสัมพันธ์กับลวด) จะเพิ่มความเข้มข้นของความเค้นที่ด้านในของขดลวดแต่ละอัน และทำให้สปริงขึ้นรูปได้ยากขึ้นอย่างแม่นยำ การออกแบบที่ใช้งานได้จริงส่วนใหญ่จะให้ดัชนีสปริงอยู่ระหว่างประมาณ 4 ถึง 12; สปริงที่ขดแน่นกว่านั้นต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษในการใช้เครื่องมือและการแก้ไขความเค้น ในขณะที่สปริงที่ขดแน่นกว่านั้นจะมีแนวโน้มที่จะพันกันและงอได้ง่ายกว่า

เครื่องสปริงชดเชยวัสดุอย่างไร

เครื่องสปริง CNC จะเปลี่ยนความเร็วการม้วน อัตราการป้อนลวด และแรงกดของพินขึ้นรูป ขึ้นอยู่กับโลหะผสมที่โหลด เนื่องจากลวดที่แข็งกว่านั้นต้องการแรงขึ้นรูปมากกว่า แต่จะสปริงกลับต่อไปอีกหลังจากที่เครื่องมือปล่อยออก พฤติกรรมที่เรียกว่าการคืนตัวแบบยืดหยุ่น เครื่องจักรที่สร้างขึ้นสำหรับการผลิตในปริมาณมากมักจะชดเชยการคืนสภาพนี้โดยอัตโนมัติโดยการขึ้นรูปแต่ละขดลวดมากเกินไปด้วยระยะขอบที่คำนวณได้ ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่การขดลวดอัตโนมัติได้เข้ามาแทนที่การขึ้นรูปแบบตั้งโต๊ะโดยคนเป็นจำนวนมากสำหรับสิ่งใดก็ตามที่นอกเหนือไปจากปริมาณต้นแบบ เครื่องสปริงที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวสมัยใหม่จะบันทึกข้อมูลการชดเชยต่อชุด ซึ่งทำให้ง่ายต่อการสร้างรูปทรงของคอยล์ที่แม่นยำในครั้งถัดไปที่ใช้ล็อตลวดเดียวกัน

การออกแบบสปริงสำหรับเคสโหลดจริง

การเลือกประเภทสปริงเป็นเพียงขั้นตอนแรกเท่านั้น การกำหนดขนาดสำหรับการใช้งานจริงมักจะลดลงเหลือสามเป้าหมายที่เชื่อมโยงกัน ได้แก่ อัตราสปริง (จำนวนแรงที่เปลี่ยนแปลงต่อหน่วยการโก่งตัว) ความเครียดที่ปลอดภัยสูงสุดที่การโก่งตัวเต็มที่ และจำนวนรอบที่สปริงต้องอยู่รอดก่อนที่ความล้าจะกลายเป็นปัญหา

อัตราสปริง

อัตราสปริงจะอธิบายความแข็งของสปริง ซึ่งเป็นแรงเพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับการโก่งตัวเพิ่มเติมแต่ละหน่วย สำหรับคอยล์สปริง อัตราจะเพิ่มขึ้นตามเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวด และลดลงตามเส้นผ่านศูนย์กลางของคอยล์หรือจำนวนคอยล์ที่ทำงานอยู่เพิ่มขึ้น สปริงสองตัวอาจดูเกือบจะเหมือนกันและยังคงมีอัตราที่แตกต่างกันมาก หากสปริงตัวหนึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์ใหญ่กว่าเล็กน้อยหรือมีคอยล์ที่ทำงานมากกว่าสองตัวมากกว่าสปริงตัวอื่น ซึ่งเป็นสาเหตุที่อัตราสปริงไม่ใช่แค่ขนาดทางกายภาพเท่านั้น จึงเป็นตัวเลขที่ควรระบุและตรวจสอบ

วงจรชีวิตและหน้าที่ของความเหนื่อยล้า

สปริงที่หมุนเวียนเป็นครั้งคราว เช่น สปริงล็อคที่เปิดสองครั้งต่อวัน สามารถออกแบบให้มีความเครียดได้มาก และมีแนวโน้มที่จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าผลิตภัณฑ์ที่อยู่รอบๆ สปริงเหล่านั้น สปริงที่หมุนเวียนอย่างต่อเนื่อง เช่น สปริงวาล์วที่ยิงหลายพันครั้งต่อนาที จะต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงกราฟความล้ามากกว่าค่าความเค้นสูงสุดเพียงค่าเดียว เนื่องจากการโหลดซ้ำๆ ที่ต่ำกว่าความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุในท้ายที่สุดยังสามารถทำให้เกิดการแตกร้าวเพื่อเริ่มต้นและเติบโตได้ ตามแนวทางคร่าวๆ การรักษาความเค้นในการทำงานสูงสุดให้ต่ำกว่าประมาณ 45 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ของความต้านทานแรงดึงของลวดเป็นจุดเริ่มต้นทั่วไปสำหรับสปริงที่คาดว่าจะทนทานได้หลายล้านรอบ แม้ว่าจำนวนที่ถูกต้องจะขึ้นอยู่กับโลหะผสมและผิวสำเร็จเฉพาะเสมอ

การรักษาพื้นผิวที่ช่วยยืดอายุความเหนื่อยล้า

การขัดผิวด้วยวิธี Shot Peening เป็นวิธีการรักษาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการยืดอายุความล้าในสปริงอัดและสปริงบิด การยิงสื่อทรงกลมขนาดเล็กที่พื้นผิวลวดทำให้เกิดชั้นตื้นของความเค้นตกค้างจากแรงอัด ซึ่งต้านทานแรงดึงที่อาจก่อให้เกิดรอยแตกเมื่อยล้าที่พื้นผิว สำหรับสปริงที่ต้องรับภาระรอบสูงและรับแรงเค้นสูง — สปริงวาล์วในรถยนต์เป็นตัวอย่างคลาสสิก — การขัดผิวแบบ shot peening สามารถยืดอายุการใช้งานได้อย่างมากเมื่อเทียบกับสปริงที่ไม่มีการขัดผิวในขนาดเดียวกัน

ภายในเครื่องสปริง: จากคอยล์ไปจนถึงชิ้นส่วนสำเร็จรูป

เครื่องสปริง CNC ที่ทันสมัยจะเปลี่ยนแกนลวดดิบให้เป็นสปริงที่ผ่านการอบร้อนแล้วตามลำดับขั้นตอนที่ประสานกัน ทั้งหมดควบคุมผ่านการเคลื่อนที่แบบเซอร์โวที่ตั้งโปรแกรมไว้ แทนที่จะเป็นลูกเบี้ยวเชิงกลบนอุปกรณ์รุ่นเก่า

  1. การยืดลวด — ลวดจะเคลื่อนผ่านชุดลูกกลิ้งเพื่อขจัดความโค้งที่เหลือจากการสปูล เนื่องจากเส้นโค้งที่เหลือจะทำให้พิทช์และเส้นผ่านศูนย์กลางของคอยล์หลุดออกไป
  2. การให้อาหาร — ลูกกลิ้งป้อนที่แม่นยำจะเลื่อนความยาวสายไฟที่วัดได้สำหรับแต่ละคอยล์ โดยมีการควบคุมเซอร์โวทำให้สามารถเปลี่ยนระยะพิทช์กลางคอยล์สำหรับสปริงพิทช์แบบแปรผันได้
  3. การขดหรือการดัดงอ — เครื่องมือขึ้นรูป (แมนเดรล หมุด หรือแกน) ขึ้นรูปลวดให้เป็นขด ตะขอ หรือขางอ ขึ้นอยู่กับประเภทของสปริง
  4. การควบคุมระดับเสียง — เครื่องมือแยกต่างหากจะควบคุมระยะห่างระหว่างขดลวดในขณะที่มันก่อตัว ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เครื่องจักรเครื่องเดียวสามารถสร้างขดลวดแบบแผลปิด เปิด หรือระดับพิทช์แปรผันได้จากลวดเส้นเดียวกัน
  5. ทางลัด — เครื่องมือตัดจะแยกสปริงที่เสร็จแล้วออกจากการป้อนลวดตามความยาวที่ตั้งโปรแกรมไว้
  6. คลายเครียด — การอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิต่ำจะผ่อนคลายความเค้นตกค้างที่เกิดขึ้นระหว่างการขดม้วนโดยไม่ทำให้ความแข็งของแกนลวดอ่อนลง
  7. การตกแต่งรอง — การเจียรปลายสี่เหลี่ยม การขัดผิว และการเคลือบป้องกัน ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการบริการที่ต้องการของสปริง

เครื่องสปริง CNC เทียบกับคอยล์แบบขับเคลื่อนด้วยแคม

เครื่องขดม้วนที่ขับเคลื่อนด้วยลูกเบี้ยวรุ่นเก่าอาศัยลูกเบี้ยวและตัวหยุดเชิงกลเพื่อควบคุมระยะพิทช์และความยาว ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงการออกแบบสปริงจำเป็นต้องเปลี่ยนเครื่องมือทางกายภาพ เครื่องสปริง CNC เข้ามาแทนที่ลูกเบี้ยวเชิงกลส่วนใหญ่ด้วยแกนเซอร์โวที่ตั้งโปรแกรมไว้อย่างอิสระ ดังนั้นการสลับระหว่างการออกแบบสปริง รวมถึงประเภทที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เช่น การย้ายจากสปริงอัดไปเป็นการทำงานของสปริงบิด จึงเป็นเรื่องของการโหลดโปรแกรมใหม่และการปรับเครื่องมือเป็นหลัก แทนที่จะสร้างเครื่องจักรขึ้นมาใหม่ ความยืดหยุ่นนี้เป็นหนึ่งในเหตุผลหลักที่ทำให้การวิ่งสปริงขนาดเล็กและปานกลางมีความคุ้มค่ามากขึ้นในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา

สปริงแต่ละประเภทแสดงแยกตามอุตสาหกรรม

อุตสาหกรรม ประเภทสปริงทั่วไป ทำไมต้องเป็นแบบนั้น
ยานยนต์ การบีบอัด แรงบิด แผ่นดิสก์ การใช้งานวาล์วและคลัตช์รอบสูงต้องใช้สปริงอัดแบบยิงทะลุ จานสปริงรับภาระสูงในพื้นที่แนวแกนสั้น
เฟอร์นิเจอร์และเครื่องใช้ไฟฟ้า การบีบอัด การยืดออก แรงคงที่ กลไกปรับเอนและรางลิ้นชักต้องใช้แรงรอบปานกลางสม่ำเสมอโดยมีอัตราคงที่หรือเพิ่มขึ้นเล็กน้อย
อิเล็กทรอนิกส์และขั้วต่อ คลื่นการบีบอัดขนาดเล็ก ระยะห่างภายในที่จำกัดช่วยให้สปริงคลื่นโปรไฟล์ต่ำสำหรับพรีโหลดหน้าสัมผัส
เกษตรกรรมและเครื่องจักรกลหนัก การบีบอัดแรงบิด สปริงขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ต้องทนต่อแรงกระแทกภายนอกอาคาร โดยนิยมใช้สารเคลือบที่ทนต่อการกัดกร่อน
อุปกรณ์การแพทย์ การบีบอัด การยืด การบิด (จิ๋ว) แนะนำให้ใช้ลวดสเตนเลสเพื่อความสะอาด โดยมีพิกัดความเผื่อที่แคบกับเส้นลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมาก
การเลือกสปริงทั่วไปในอุตสาหกรรมทั่วไปและเหตุผลที่อยู่เบื้องหลังตัวเลือกแต่ละอย่าง

การเคลือบ การป้องกันการกัดกร่อน และการตกแต่งขั้นสุดท้าย

การเลือกใช้วัสดุของสปริงสามารถต้านทานการกัดกร่อนได้เป็นส่วนใหญ่ แต่การเคลือบและการเคลือบพื้นผิวจะเพิ่มการป้องกันอีกชั้นหนึ่ง และสามารถเปลี่ยนรูปลักษณ์และลักษณะการเสียดสีของสปริงได้เช่นกัน

  • ชุบสังกะสีและสังกะสีนิกเกิล — ตัวเลือกที่ประหยัดสำหรับสปริงเหล็กคาร์บอนที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่แห้งหรือมีความชื้นเล็กน้อย
  • เคลือบฟอสเฟตด้วยน้ำมัน — พบได้ทั่วไปในสปริงรถยนต์และอุตสาหกรรมซึ่งมีการเคลือบด้านและการหล่อลื่นเล็กน้อยช่วยลดการสึกหรอของคอยล์ถึงคอยล์
  • เคลือบผง — ใช้กับสปริงขนาดใหญ่ซึ่งมีสี ความหนา และความทนทานต่อการเสียดสีมากกว่าความหนาเคลือบขั้นต่ำสุด
  • ทู่ — การบำบัดทางเคมีที่ใช้กับสปริงสแตนเลสเพื่อขจัดการปนเปื้อนของเหล็กบนพื้นผิวและฟื้นฟูความต้านทานการกัดกร่อนตามธรรมชาติของโลหะผสมหลังจากการขึ้นรูป

ความหนาของการเคลือบมีความสำคัญมากกว่าที่คิดสำหรับสปริงที่มีความทนทานต่ำ เนื่องจากแม้แต่ชั้นชุบบางๆ ก็เปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางลวดที่มีประสิทธิภาพเล็กน้อย และสามารถเปลี่ยนอัตราสปริงของสปริงที่เล็กมากได้ สำหรับสปริงที่มีอัตราความคลาดเคลื่อนที่จำกัด การทดสอบมักจะทำหลังจากการเคลือบผิวแทนที่จะเป็นก่อนหน้านี้ ดังนั้นค่าที่รายงานจะสะท้อนถึงชิ้นส่วนในขณะที่จะติดตั้งจริง

ข้อบกพร่องทั่วไปของสปริงและสาเหตุ

ระยะพิทช์หรือคอยล์ไม่สอดคล้องกัน

ระยะห่างของคอยล์ที่ไม่สม่ำเสมอมักจะย้อนกลับไปที่สายไฟที่ไม่ได้ยืดให้ตรงก่อนที่จะทำการขด ลูกกลิ้งป้อนที่สึกหรอลื่นไถลบนพื้นผิวของเส้นลวด หรือเครื่องมือพิทช์ที่หลุดออกจากการสอบเทียบ สำหรับเครื่องสปริง CNC สิ่งนี้มักจะถูกจับได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ผ่านการวัดระยะพิทช์แบบอินไลน์ที่สร้างไว้ในสถานีคอยล์เอง

ความล้มเหลวเมื่อยล้าก่อนวัยอันควร

รอยแตกจากความเมื่อยล้าส่วนใหญ่เริ่มต้นที่ข้อบกพร่องที่พื้นผิว เช่น รอยขีดข่วน หลุมจากการกัดกร่อน หรือความเข้มข้นของความเค้นที่โค้งงอหรือขอเกี่ยว แทนที่จะอยู่ตรงกลางของขดลวดเรียบ การปรับปรุงพื้นผิวสำเร็จ เพิ่มการขัดผิวด้วยการยิง หรือการออกแบบรัศมีของตะขอที่แหลมคมใหม่ เป็นวิธีการแก้ไขตามปกติเมื่อมีการระบุรูปแบบความล้มเหลวจากความล้า

ชุดถาวร

ชุดถาวรอธิบายถึงสปริงที่ไม่กลับคืนสู่ความยาวอิสระเดิมอีกต่อไปหลังจากถูกเบี่ยงเบน โดยปกติแล้วเป็นเพราะสปริงได้รับความเค้นเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นของวัสดุ ซึ่งมักเกิดจากการถูกอัดจนมีความสูงที่มั่นคงซ้ำๆ หรือจากการทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าลวดโลหะผสมที่ได้รับการจัดอันดับ การบรรเทาความเครียดที่เหมาะสมหลังจากการขดจะช่วยลดความเสี่ยงในการตั้งค่าโดยการผ่อนคลายความเค้นขึ้นรูปที่ตกค้างก่อนที่สปริงจะเห็นวงจรการทำงานครั้งแรก

ปัจจัยด้านต้นทุนเมื่อจัดหาสปริงเพื่อการผลิต

ตัวแปรจำนวนหนึ่งมีแนวโน้มที่จะผลักดันให้เกิดความแตกต่างด้านต้นทุนส่วนใหญ่ระหว่างราคาเสนอของสปริง โดยไม่ขึ้นอยู่กับประเภทที่ผลิต

  • วัสดุลวด — สแตนเลสและโลหะผสมชนิดพิเศษมีราคาต่อปอนด์มากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนอย่างมาก และโดยทั่วไปจะคอยล์ที่อัตรารอบที่ช้ากว่าในเครื่องสปริง
  • การดำเนินงานรอง — การบด การขัดผิวด้วยการฉีด และการเคลือบแต่ละขั้นตอนจะเพิ่มขั้นตอนกระบวนการและการจัดการต้นทุนที่แยกจากกัน นอกเหนือจากการขดดิบ
  • ข้อกำหนดความคลาดเคลื่อน — พิกัดความเผื่อโหลดและอัตราที่จำกัดมักต้องใช้ความเร็วคอยล์ช้าลงและมีการตรวจสอบในกระบวนการบ่อยกว่า
  • ปริมาณการสั่งซื้อ — ต้นทุนเครื่องมือและการตั้งค่าส่วนใหญ่คงที่ต่อการดำเนินการ ดังนั้นต้นทุนต่อชิ้นจึงลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อปริมาณการสั่งซื้อเพิ่มขึ้น

เมื่อเปรียบเทียบราคาระหว่างซัพพลายเออร์ต่างๆ ควรถามอย่างเจาะจงว่าปริมาณและอัตราได้รับการตรวจสอบอย่างไร — ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงส่วนใหญ่ทดสอบตัวอย่างจากทุกล็อตการผลิตด้วยเครื่องทดสอบแรงกระจัด แทนที่จะอาศัยการตรวจสอบขนาดเพียงอย่างเดียว เนื่องจากสปริงสองตัวสามารถวัดได้เหมือนกันและยังคงทำงานแตกต่างกันหากความแข็งของลวดแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างล็อตของลวด

จับคู่ประเภทสปริงกับโหลด

วิธีที่เร็วที่สุดในการจำกัดประเภทของสปริงให้แคบลงคือการสอบถามทิศทางที่แรงถูกใช้และมีพื้นที่ตามแนวแกนเท่าใด:

  • แรงผลักไปตามแกนเดียว มีพื้นที่ว่างปานกลาง — สปริงอัด
  • แรงดึงตามแกนเดียว — สปริงขยาย
  • แรงหมุนรอบแกน — สปริงทอร์ชัน
  • แรงตามแนวแกนแต่มีความสูงที่ถูกบีบอัดน้อยมาก - สปริงคลื่นหรือสปริงจานแบบเรียงซ้อน
  • แรงต้องคงที่ตลอดระยะการเดินทางไกล — แรงสปริงคงที่

คำถามที่พบบ่อย

สปริงชนิดใดที่พบบ่อยที่สุด?

สปริงอัดเป็นประเภทที่ผลิตกันอย่างแพร่หลายที่สุด เนื่องจากแรงกดกลับโดยตรงครอบคลุมการใช้งานทางกลและการใช้งานทั่วไปมากที่สุด ตั้งแต่ปากกาไปจนถึงแกนที่นอน

สปริงอัดแตกต่างจากสปริงต่ออย่างไร?

สปริงอัดต้านทานการถูกบีบและคอยล์แยกออกจากกันขณะพัก ในขณะที่สปริงต่อขยายต้านทานการยืดออก และคอยล์จะยึดติดกันแน่นในช่วงที่เหลือ โดยปกติแล้วจะมีปลายเป็นตะขอหรือแบบคล้องสำหรับติดตั้ง

เครื่องสปริงหนึ่งเครื่องสามารถผลิตสปริงได้มากกว่าหนึ่งประเภทหรือไม่?

ใช่. เครื่องจักรสปริง CNC ที่ทันสมัยส่วนใหญ่ได้รับการตั้งโปรแกรมใหม่แทนที่จะสร้างใหม่ด้วยกลไกเพื่อสลับระหว่างการบีบอัด การยืด และการขึ้นรูปแรงบิด เนื่องจากความแตกต่างอยู่ที่การเปลี่ยนแปลงเครื่องมือและพารามิเตอร์การขด ระยะพิทช์ และการดัดงอที่อัปเดตในซอฟต์แวร์ควบคุม

ทำไมสปริงบางตัวถึงพังที่ตะขอหรือขาแทนที่จะเป็นตัวคอยล์?

การโค้งงอจะเน้นความเครียดมากกว่าขดลวดที่พันแบบเรียบ ดังนั้นตะขอบนสปริงเสริมและขาของสปริงบิดมักเป็นจุดที่เสียหายจุดแรกภายใต้การปั่นจักรยานซ้ำๆ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมรูปทรงของตะขอและขาจึงได้รับความสนใจในการออกแบบมากพอๆ กับตัวขดลวด

เวฟสปริงใช้แทนคอยล์สปริงในบริเวณเดียวกันได้จริงหรือ?

ในกรณีส่วนใหญ่ของการปรับปรุงเพิ่มเติม ใช่ สปริงคลื่นสามารถส่งแรงที่เทียบเท่ากับสปริงอัดแบบคอยล์ในขณะที่มีความสูงประมาณหนึ่งในสามถึงครึ่งหนึ่งของความสูงที่ถูกบีบอัด ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมพวกมันจึงพบเห็นได้ทั่วไปในการออกแบบตลับลูกปืนและตัวเชื่อมต่อที่มีพื้นที่จำกัด

Spring Index คืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญ

ดัชนีสปริงคืออัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์ต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวด ค่าดัชนีต่ำหมายถึงสปริงขดที่แน่นและมีความเข้มข้นสูงกว่าที่ขอบด้านในของคอยล์ ในขณะที่ค่าดัชนีสูงหมายถึงสปริงขดที่หลวมซึ่งขึ้นรูปได้ง่ายกว่า แต่มีแนวโน้มที่จะโก่งงอและพันกันมากกว่า การออกแบบที่ใช้งานได้จริงส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วงกลางเพื่อความสมดุลของความสามารถในการผลิตและประสิทธิภาพ

การขัดผิวแบบ shot peening สร้างความแตกต่างที่วัดผลได้จริงในชีวิตในฤดูใบไม้ผลิหรือไม่?

ใช่ สำหรับสปริงที่ต้องรับแรงเค้นสูงและรอบการทำงานสูง ความเค้นตกค้างจากแรงอัดที่เกิดขึ้นที่พื้นผิวลวดจะต้านทานแรงดึงที่ทำให้เกิดรอยแตกเมื่อยล้า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการขัดผิวด้วยการยิงจึงเป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่น สปริงวาล์วในรถยนต์ แม้ว่าจะเพิ่มขั้นตอนกระบวนการรองก็ตาม

เหตุใดการออกแบบสปริงเดียวกันบางครั้งจึงมีพฤติกรรมแตกต่างกันระหว่างชุดการผลิต

ความแข็งและเส้นผ่านศูนย์กลางของลวดอาจแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างล็อตของโรงงานแม้จะอยู่ในช่วงพิกัดความเผื่อที่ยอมรับ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมผู้ผลิตที่มีความสม่ำเสมอจึงทดสอบตัวอย่างจากทุกชุดบนเครื่องทดสอบแรงกระจัด แทนที่จะถือว่าความสอดคล้องของขนาดเพียงอย่างเดียวรับประกันโหลดและอัตราที่สม่ำเสมอ

สินค้าที่เกี่ยวข้อง