トーションスプリングは、軸に沿ってねじられたときにトルクまたはねじり力を加えることによって機能する機械式スプリングです。スプリングは金属線を螺旋状に巻いたもので、一端が固定点に、もう一端が回転点に接続されています。回転点が回転するとバネがねじることでエネルギーを蓄え、回転力が解放されるとバネは溜まったエネルギーを放出・放出します。名前は他の意味を暗示していますが、ねじりばねはねじり応力ではなく曲げ応力を負担します。角エネルギーを蓄積して解放したり、脚を体の中心軸を中心にたわませることでメカニズムを静的に固定したりできます。
トルクスプリングは通常、しっかりと巻かれていますが、コイル間の摩擦を減らすためにピッチを持つことができます。トーションスプリングは、トーションまたは回転によって加えられる力に抵抗できます。用途に応じて、トーションスプリングは時計回りまたは反時計回りに回転するように設計でき、風向が決まります。

トーションスプリング構造は、角エネルギーを蓄積して放出するように、または脚を体の中心軸を中心にたわませることでメカニズムを静的に固定するように設計されています。このタイプのスプリングを製造風の好ましい方向に偏向させると、本体の直径が小さくなり、本体の長さがわずかに長くなります。

トルクスプリングには幅広い用途があり、さまざまな業界で不可欠です。トーションスプリングの一般的な適用例には、次のものがあります。
自動車産業:トルクスプリングはドアヒンジや車両サスペンションに使用され、これらのコンポーネントのスムーズな動作を保証します
ホーム:これらのスプリングは、ガレージのドア、洗濯ばさみ、クリップボードに適しており、シームレスに操作するのに役立ちます。
エレクトロニクス産業:トルクスプリングは、スイッチやカメラの動作に重要な役割を果たしており、電子機器に不可欠なコンポーネントとなっています。
玩具および消費財:玩具、時計、および回転力を必要とするその他の消費財に使用されます。
機械:トーションスプリングは、レバーやその他のコンポーネントのスムーズな操作を容易にするために、さまざまなタイプの機械で一般的に使用されています。
船舶およびアウトドアスポーツ業界:ツイストスプリングは、個人の船舶搭乗ステップなどの救命装置に使用されており、その耐久性と耐食性は非常に重要です。

トーションスプリングを設計する際には、用途を考慮し、円形、長方形、または不規則なワイヤー(角ワイヤーなど)が必要かどうかを考慮することが重要です。最も単純で最も一般的なトーションスプリングの設計は、両端が直線的な端を持つ長方形のワイヤーで作られたモノリシックトーションスプリングですが、この設計形式は曲げと成形によって変更できます。
組み立て時にはレッグベアリング/コネクタの位置が左側または右側にある必要があるため、トーションスプリングの用途では製造風の方向も重要です。トーションスプリングは通常、最終製品の理論上のヒンジラインに整列したロッド(マンドレル)によって支えられています。ダブルトーションスプリングの設計はより複雑で、製造方法を考慮する必要があります。ダブルトーションスプリングは中心から巻かれ、シングルトーションスプリングは両端から巻かれます。

トーションスプリング構造は、エネルギーを蓄えて放出したり、本体の中心線を中心に軸を偏向させることで機構を固定することを目的としています。正しい方向に偏向すると、ボディの直径が小さくなり、長さが長くなります。
ねじりばねの巻線方向は、その用途の特定の要件を満たす必要があります。組み立てるときは、適切な位置合わせを確保するために、耐荷重脚を正しい側(左または右)に配置する必要があります。ねじりばねは、アプリケーションのヒンジラインに対応するスピンドルによって支持されています。
内径
トーションスプリングの内径は、コイルらせんの内側の幅で、中心軸に対して垂直に測定されます。このサイズは、スプリングにスムーズにロードできるシャフトまたはマンドレルの外径を決定します。最適な動作のためには、挿入された部品が自由に動くように、内径に10%の隙間を設けることをお勧めします。
外径
トーションスプリングの外径は、コイルのらせんの外側の幅で、中心線に対して垂直に測定されます。このサイズは、スプリングの自由な動作を確保するために必要なすべてのクリアランスを考慮に入れて、スプリング挿入穴の直径を定義します。
線径
ワイヤー直径とは、トーションスプリングの巻線および成形に使用されるワイヤーの太さを指します。
平均直径は、外径から線径を差し引いて計算され、応力とばね定数の計算に使用されます。
体の長さ
トーションスプリングの主長さは、スプリングが無負荷状態にあるときに測定され、エンドコイルの外面を測定することによって決定されます。トルクがかかると、本体の長さが長くなり、スプリングの直径が小さくなります。
脚の長さ
トーションスプリングの脚の長さは、スプリングの脚の端からコイルの中心軸までの距離を指します。これは、スプリングにエネルギーを蓄えるために必要な負荷またはトルクに影響を与えます。脚が短いほど、コイルを曲げるために必要なトルクが大きくなります。さらに、トーションスプリングの脚部は異なる長さを持つことができます。
バスサークル
トーションスプリング内のコイルの総数は、コイル内のコイルの有効数を指します。有効コイルとは、負荷がかかるとねじれたりたわんだりして、スプリングが解放されるとエネルギーを放出するコイルです。脚が占めている非アクティブ コイルのため、バス上のコイルの総数はコイルの総数よりわずかに少なくなります。自由位置で脚角が0°のトーションスプリングの場合、コイルの合計値は整数です。
ねじりばねの寸法
瀝青
トーションスプリングのピッチは、隣接する2つの有効コイル間の中心線距離です。しっかりと巻かれたスプリングでは、ピッチは線径とほぼ等しくなります。しかし、密集した巻線スプリングは、たわみプロセス中に大きな摩擦力を発生させます。通常、ピッチではなく、トーションスプリングの合計回転数とボディの長さを指定することをお勧めします。
巻き方向
トーションスプリングの巻き方向は特定されており、右利き用または左利き用があります。右に巻くとコイルは時計回りに回転し、左に巻くと反時計回りに回転します。トーションスプリングの上部を観察することで、巻き方向を簡単に特定できます。
トーションスプリングの設計では、荷重と巻線方向が一貫していることを確認する必要があります。荷重と巻線方向を反対にする必要がある場合は、荷重と角度たわみを減らす必要があります。
巻線方向を理解することは、たわみの方向を決定するため、ねじりばねの正常な機能にとって非常に重要です。アプリケーションでのトーションスプリングの配置は、巻線方向に依存し、前脚と後脚の位置と動きに影響を与える可能性があります。
右利き用トーションスプリングの場合、後脚は時計回りにねじれ、前脚は反時計回りにねじられます。左ねじりスプリングの場合、状況は正反対で、後ろ足は反時計回りに動き、前足は時計回りに動きます。
ねじりばねの巻き方向
脚の角度
ねじりばねの脚部角度は、スプリングが負荷されていないときの脚部間の角度で、0°から360°の範囲です。店舗で一般的な標準トーションスプリングの脚の角度は、90°、180°、270°、および360°です。さらに、メーカーは、特定の顧客の要件を満たすように脚の角度をカスタマイズできます。
脚の角度
脚の角度は、トーションスプリングの合計回転数に影響します。前述のように、バスコイルの数は、巻線内のコイルの総数よりもわずかに少なくなります。次の式は、脚の角度とバスのターン数との関係を示しています。
フリーポジションでの脚の角度=非アクティブなコイルの数(小数値)x 360°
脚の方向
ねじりばねの脚部方向は、ばねの直径に対して脚部が曲がる方法を指します。支持脚が急激に曲がると、曲げ領域に応力が集中することが多いため、スプリングの耐荷重能力が制限される可能性があります。脚の方向の一般的なタイプには、軸方向、接線方向、半径方向、半径方向があります。その中で、接線方向の脚の構成は、最小限のストレスを負担します。
脚の方向
レッグスタイル
トーションスプリングの脚は、ねじったり、曲げたり、引っ掛けたり、ループさせたりして、取り付けや操作が簡単です。以下はトーションスプリングの一般的な脚スタイルですが、お客様の要件に応じてカスタマイズされた脚スタイルを提供できます。
ストレートレッグ
ストレートオフセットレッグ
短いフックエンド
ヒンジ付きエンド
円形の端部
レッグスタイル
トーションスプリングの性能は、次の特性とパラメータによって決まります。
春のインデックス
ばね指数は、ねじりばねの平均直径とワイヤ直径の比率です。スプリングコイルの気密性、強度、製造性に関する洞察を提供します。ばね割出を小さくすることで、線径を大きくしたり、ばねの外径を小さくしたりすることで、ばねの強度を高めることができます。細いワイヤースプリングと比較して、厚いワイヤースプリングは強度が高くなります。スプリングインデックスを下げると、コイルが締め付けられて力が増加しますが、コイルの圧縮応力も増加します。金型の摩耗が増加し、耐用年数を延ばすために追加の加工が必要になるため、インデックスの低いスプリングの製造はより困難になっています。インデックスが4未満または25を超えるスプリングは製造できず、理想的な範囲は通常6〜12です。
角度たわみ
たわみ角は、ねじりばねの一方の脚が自由位置から荷重状態に移動する角距離です。
角変位
最大たわみ
最大許容たわみは、ねじりばねが荷重下で曲げたり過度の応力をかけたりすることなく達成できる最大角度たわみです。スプリングがこのたわみを超えると、材料の降伏により、負荷が取り除かれた後、コイルが元の位置に戻らなくなる場合があります。
最大角たわみは、ねじりばねが荷重下でねじれる角度であり、それを超えると過度の応力によって曲がります。一般に、大口径でコイル数が多いねじりばねは、たわみ能力が高くなります。たとえば、ガレージドアスプリングは、コイルの数が多く、設計応力が少ないため、曲がることなく複数の回転に耐えることができます。
最大負荷
最大荷重は、ねじりばねが曲げる前にばねの脚に加えることができる最大トルクです。ねじりばねの耐荷重能力は、最大たわみまたは最大荷重(いずれか早い方)によって制限されます。
スプリングの剛性
ばねの剛性は、単位角変位あたりのねじりばねに加えられる回転力の尺度です。次の式を使用して、円形スパイラルねじりばねのばね剛性を計算できます。
度あたりのスプリングレート(ポンドインチ/度)=。PL/Θ = E xd^4 / 3888 x D x Na
この式では、Pは荷重、Lはフォースアーム、Θは角変位、dはワイヤ径、Dは平均直径、Naはコイルの有効数、Eは材料の弾性率を表します。定数3888は、隣接するコイル間、およびスプリング本体と接続されたコンポーネントとの間の摩擦を調整するために使用される理論係数です。
次の表は、さまざまなタイプのねじりばねワイヤの弾性率を示しています。これは、ばねの剛性を計算するために重要です。
スプリングワイヤの弾性率
ばね線の弾性率(psi x 10 6)
ミュージックライン30
302、304、および316ステンレス鋼グレード28
17-7 ステンレス鋼 29.5
クロムバナジウムサーティ
クロムシリコン30
リン青銅 15
ばね定数は、次の式に示すように、トルクと角変位に関連しています。この関係は、特定の角変位に必要なトルクの量、または特定の力を生成するために必要な角変位の量を決定するのに役立ちます。
角変位=トルク/スプリング剛性
トルク=ばねの剛性 x 角変位
圧力
ヘリカルトーションスプリングの曲げ応力は、次の式を使用して計算できます。
曲げ応力 (psi)=32 PLK/π d ³
ここで、Kは曲げ応力補正係数を表します。トーションスプリングにトルクが加わると、外面に比べて内面の曲げ応力が高くなるため、内径と外径の両方が大きくなります。円形スパイラルトーションスプリングの場合、内径の曲げ応力補正係数は、Wahlが開発した次の式を使用して計算されます。
キー情報 ID=[4C ² - C-1]/[4C (C-1)]
ここで\(C:\)はスプリングインデックスを表します。内径と外径の曲げ応力は、次の式を使用しておおよそ計算できます。
キー情報 ID=[4C-1]/[4C-4]
KOD = [4C + 1] / [4C + 4]
ねじりばねは、ばねの直径が小さくなる方向に荷重をかける必要があり、この方向に残留成形応力を加えることが有益です。