アプリケーション要件に応じたステンレス鋼トーションスプリングの巻き方向 (左巻きまたは右巻き) を決定する方法

精密機械部品としての巻き方向は、 ステンレス製トーションスプリング 任意ではありません。それは厳密なエンジニアリング機構とアプリケーション要件によって決まります。左巻きまたは右巻きを正しく選択することは、ばねの性能を確保し、疲労寿命を延ばし、故障を防ぐために非常に重要です。専門的な観点から見ると、トーション スプリングの巻き方向を選択するための基本原則は、動作中の応力とトルクの方向により、スプリング コイルが伸びる (内径が大きくなる) のではなく、締め付けられる (内径が小さくなる) 必要があるということです。

巻き方向の定義と判断

選択メカニズムを詳しく説明する前に、左巻きと右巻きの定義を明確にすることが重要です。

右巻き (RH): 観察者の観点からは、スプリングの端のワイヤーが時計回りの方向に伸び続ける場合、スプリングは右巻きであると見なされます。

左巻き (LH): 観察者の観点からは、スプリングの端のワイヤーが反時計回りの方向に伸び続ける場合、スプリングは左巻きであるとみなされます。

実際には、親指を上に向けて指を曲げた状態でスプリングを直立に保つことができます。コイルの方向が右手の指の曲げ方向と一致する場合は右巻きです。左手の指を曲げる方向と一致していれば左利きです。この決定は、その後のすべてのねじり適用解析の基礎となります。

応力特性に基づく選択の基本原則

ステンレス鋼のねじりバネの主な機能は、角エネルギーを蓄積および放出して、コイルに曲げ応力を与えることです。巻き方向の選択は、形成残留応力と加工応力の複合効果に直接影響します。これは、ばねの疲労寿命を決定する上で重要です。

残留応力と作動応力の対称的な影響:

トーションスプリングの製造・巻線工程において、ワイヤーには残留応力が発生します。この残留応力はワイヤの外側では圧縮、内側では引張となります。

理想的な設計は、作動トルクによって発生する曲げ応力と巻線プロセスによって発生する残留応力が逆方向になるようにすることで、相互に相殺され、ばね表面の最大応力を効果的に軽減することです。

コイル径の変化を制御する:

ばねにねじり荷重がかかると、内径が変化します。

荷重方向によりコイルが締め付けられる（内径が小さくなる）と、ワイヤ内部の引張応力が減少し、疲労強度が向上します。

荷重方向によってコイルが膨張（内径が大きく）されると、ワイヤ内部の引張応力が増大し、応力集中が悪化して早期破壊を引き起こしやすくなります。

結論原則: 右巻きのばねは時計回りのトルクを適用する必要があります。左側のスプリングには反時計回りのトルクを適用する必要があります。つまり、コイル径が小さくなる方向にバネに荷重をかける必要があります。

一般的なアプリケーション シナリオにおける方向性の決定

複雑な機械システムにおけるトルク スプリングの用途要件は、次のカテゴリに要約でき、それによって巻き方向が決まります。

単方向ドライブおよびリセット システム:

要件: スプリングを一方向のトルクを提供するために使用する場合 (たとえば、ドアを閉めたり、レバーをリセットしたりするため)、駆動コンポーネントの回転方向を最初に決定する必要があります。

選択: アプリケーションでスプリングから時計回りの復元トルクが必要な場合、スプリングは負荷がかかると (エネルギーを蓄えるため) 反時計回りに回転する必要があるため、左側のスプリングを選択する必要があります。逆に、反時計回りの復元トルクが必要な場合は、右側のスプリングを選択する必要があります。

デュアルスプリングバランスシステム (ガレージドアなど):

要件: ガレージ ドアなどの耐久性の高いバランス システムでは、通常、トルク チューブの両端に取り付けられた 2 つのトルク スプリングが使用されます。ドアの重量のバランスをとり、シャフトのたわみを防ぐために、反対のトルクを提供する必要があります。

選択: ガレージ ドアに面した場合、左側のスプリングは通常右巻き (時計回りのトルクを提供)、右側のスプリングは通常は左巻き (反時計回りのトルクを提供) で、両側でのケーブルの巻き取りと解放が同期するようにします。この対称的な構成は、力のバランスをとるための工学的要件です。

スペースの制約と設置の利便性:

一部の小型デバイスでは、スプリング脚が周囲のコンポーネントと干渉する場合があります。脚の最初と最後の位置によって必要な回転角度が決まり、巻き方向は脚の占有スペースに影響します。

プロの設計では、完全にたわんだ状態でスプリングとその脚が他のコンポーネントに接触しないようにして、組み立てを容易にするために 3D CAD モデリングが必要です。

プロフェッショナルなデザインにおける回避策

逆荷重を避ける: いかなる状況においても、コイルが解ける方向にスプリングに荷重をかけることは絶対に避けてください。これにより応力が急激に増加するだけでなく、ピッチずれやコイル間の摩擦増大、磨耗の悪化などを引き起こす可能性があります。

マンドレルのフィット: 左巻きでも右巻きでも、負荷がかかると内径が減少します。マンドレルの直径を設計するときは、完全にたわんだ状態での最小内径を基準として使用し、拘束や過剰な摩擦を防ぐために十分なクリアランスを確保する必要があります。