Val av tryck- och kompressionsfjädrar – Översikt / användningar / applikationsexempel

Tryck- och kompressionsfjädrar är mekaniska komponenter som kan användas i en mängd olika branscher.

Denna artikel är avsedd för tryck- och kompressionsfjädrar genom att ge en översikt och illustrera deras olika användningsområden inom maskinteknik och anpassad maskinkonstruktion. Beräkningen av fjädrarna diskuteras inte i den här bloggen.

Beskrivning av tryckfjädrar

Tryckfjädrar är mekaniska element som är utformade för att generera dragkrafter när de dras isär.

De består vanligtvis av en lindad tråd och kan byggas för att lagra energi och släppa ut energi efter behov. Tryckfjädrar kan utöva linjära krafter i spänningsriktningen och är därför extremt användbara i tillämpningar där rörelse, fjäderkraft och kontroll krävs.

För enkel fastsättning finns tryckfjädrar med krokar eller tryckfjädrar med ögla.

Ytterligare tillämpningar inom maskinteknik inkluderar användning av tryckfjädrar i säkerhetsbrytare och elektriska kretsar. För säkerhetsbrytare håller tryckfjädern brytaren i ”av”-läge tills den återställs manuellt. Tryckfjädrar kan användas som kontaktelement eller anslutningselement i elektriska kretsar och enheter.

Beskrivning av kompressionsfjädrar

Kompressionsfjädrar är användbara i vissa mekanismer för att kontrollera rörelse eller hålla komponenterna på plats. Till exempel, i styrknappar eller brytare används kompressionsfjädrar för att återställa brytaren till sitt ursprungliga läge. I säkerhetsventiler säkerställer de att ventilen endast öppnas vid ett visst tryck.

Kompressionsfjädrar är standardiserade i DIN 2098.

Fördelar med kompressionsfjädrar och tryckfjädrar

Fjädrar har lång livslängd, förutsatt att de är korrekt utformade för statiska och dynamiska belastningar. Dessutom karakteriseras fjädrar som underhållsfria. De kan justera sin längd och behöver därför inte justeras. Andra fördelar kan omfatta:

• Stötdämpning
• Exakt kontroll
• Enkel design
• Låg vikt
• Relativt hög motståndskraft mot miljöpåverkan

Själva fjädermaterialet kan också tjäna ett syfte. Till exempel är plastfjädrar särskilt lätta jämfört med stålfjädrar och fjädrar av rostfritt stål eller titan är mer korrosionsbeständiga.

Materialet påverkar fjäderns huvudegenskaper. Plast är lätt och lämplig för fuktiga miljöer, och fjädrar av titan är lämpliga med höga fjäderhastigheter vid en lägre vikt. Fjäder av rostfritt stål är korrosionsbeständiga, men inte lika lätta som plast, men kan absorbera en högre belastning.

Utformning och egenskaper hos kompressions- och tryckfjädrar

Fjädrar är främst utformade baserat på verkande maximal kraft, fjäderrörelse, material och fjäderkonstant. Dessutom spelar faktorer som tillgängligt installationsutrymme eller fjäderkraftskarakteristisk kurva en roll i speciella applikationer. Vid val av tryck- och kompressionsfjädrar kan följande parametrar beaktas:

Fjäderkonstruktionen

Fjäderkonstruktionen beror på kraven och baseras på den erforderliga fjäderkraften, rörelseriktningen och omgivningsförhållandena.

Tryck- och kompressionsfjädrar måste vara utformade för att uppfylla de förväntade belastningarna och den önskade livslängden. Valet av material spelar också en viktig roll här. Till exempel används tryckfjädrar av rostfritt stål där korrosionsbeständighet är viktigt.

Ytterdiameter för fjäderlindning

Fjäderns ytterdiameter är fjäderlindningens eller fjäderkroppens ytterdiameter. Det påverkar främst det utrymme som fjädern upptar. Ju större, desto mindre lämplig är fjädern för applikationer med begränsat utrymme, såsom elektronik. Formfaktorn bör också observeras så att intilliggande komponenter inte överbelastas. Ytterdiametern påverkar också fjäderkonstanten. Ju större ytterdiameter, desto högre belastning, kan fjädern absorbera vid samma rörelse och tråddiameter.

Koniska kompressionsfjädrar skiljer sig från konventionella cylindriska spiralfjädrar, till exempel på grund av fjäderlindningens koniska form, och de har en progressiv fjäderkarakteristik.

Tråddiameter på lindningen

Tråddiameter är trådmaterialets diameter. Förutom de faktorer som också påverkar ytterdiametern har tråddiametern också en direkt inverkan på fjäderrörelsen. Fjäderrörelsen är skillnaden mellan den fria längden och den komprimerade eller sträckta längden på fjädern under belastning.

Fjädrar med en större tråddiameter har i allmänhet en mindre fjäderrörelse, medan fjädrar med en mindre tråddiameter möjliggör en större fjäderrörelse.

Fri fjäderlängd

Den fria längden anger den längd som fjädern har i de två ändarna utan belastning. Det är den del av lastområdet där fjädern kan fungera effektivt. Den fria längden är utgångspunkten för beräkning av fjäderrörelsen.

Maximal spännlängd för en tryckfjäder

För en tryckfjäder är den maximala trycklängden den maximala längd som kan uppnås i båda ändarna när kraft utövas. Den maximala spänningslängden begränsar fjäderrörelsen. Ju längre maximal draglängd med samma material, diameter och trådstyrka, desto större är den absorberbara belastningen.

Maximal komprimerad längd på en kompressionsfjäder

Den maximala komprimerade längden är den kortaste möjliga längden på en kompressionsfjäder som är möjlig när den komprimeras under en viss kompressionsbelastning utan att kompressionsfjädern permanent deformeras eller går sönder. Fjädern får inte nå blocklängden – längden när fjäderspolarna vidrör varandra. Fjäderdesignen tar hänsyn till en buffert för blocklängden för att förhindra att den bottnar.

Fjäderkonstant för beräkning av spiralfjädrar

Fjäderkonstanten (eller fjäderhastigheten eller fjäderstyvheten) beskriver hur mycket en spiralfjäder deformeras när en specifik kraft utövas på den. Det mäts i enheten Newton per meter (N/m).

Ju högre fjäderkonstant under konstanta förhållanden,

• desto högre absorberbar belastning
• desto lägre fjäderrörelse
• desto högre resonansfrekvens
• desto större dämpningseffekt

Beroende på tillämpningen kan en hög grad av styvhet krävas, till exempel för att kontrollera exakta krafter eller rörelser. Om en mjukare fjädring eller bättre stötdämpning föredras kan detta uppnås med lägre styvhet.

Vill du lära dig mer om beräkning av tryck- och kompressionsfjädrar? Läs sedan artikeln Beräkning för att utforma fjädrar.

Avslappnad spänning på spiralfjädrar

Den avslappnade spänningen är den inre stressen hos en spiralfjäder i sin neutrala eller avslappnade position innan en extern kraft utövas på den. En högre avslappnad spänning resulterar i en styvare fjäder, medan en lägre avslappnad spänning resulterar i en mer flexibel fjäder.

Exempel på tillämpningar för tryckfjädrar skulle exempelvis vara maskinteknik, där tryckfjädrar används för att dra rörliga delar tillbaka till utgångsläget. Detta gör att de kan användas i lyft- eller positioneringssystem för att upprätthålla en balans eller konstant spänning.

Textilindustrin använder tryckfjädrar i spinnmaskiner och vävmaskiner. Där håller de trådarna under spänning och ser till att tråden har rätt spänning och dras jämnt under produktionsprocessen.

Hos MISUMI hittar du ett brett utbud av tryck- och kompressionsfjädrar för många olika tillämpningar.