渦巻きばねは、平面状のアルキメデス渦巻きまたは同心円状の渦巻きのような形状をした特別なタイプの渦巻きばねです。巻き取り中に位置エネルギーを蓄えるために、高弾性の金属ストリップ (通常はバネ鋼またはステンレス鋼) を利用します。中核となる動作原理は弾性変形のフックの法則に基づいていますが、独特に現れます。スプリングの一端が固定され、もう一端に回転トルクがかかると、金属ストリップが中心軸の周りで締め付けたり緩んだりして、機械エネルギーが蓄えられた弾性変形エネルギーに変換され、トルクが解除されるとエネルギーが解放されて元の形状に戻ります。
この構造は、従来のコイルばねの軸方向の空間占有を回避し、コンパクトな平面または円筒状の空間内にエネルギーを蓄えます。通常、そのトルクと回転角は良好な線形関係を示します。その設計の鍵は、ストリップの断面寸法、材料の降伏強度、スパイラル間の摩擦損失を正確に制御して、効率的なエネルギー変換と長い耐用年数を確保することにあります。
エネルギーの貯蔵と放出の正確なプロセス
エネルギー貯蔵密度は、渦巻きばねの重要な性能指標です。他のタイプのスプリングと比較して、応力が均一に分散されるため、限られた体積内により多くのエネルギーを蓄えることができます。可動端アームに外力が加わると、金属ストリップが外側から内側、または内側から外側に均一に巻き付き、材料内に連続的で滑らかな曲げ応力が発生します。このプロセスでは、材料が非常に高い疲労限界と均一な機械的特性を備えていることが必要です。微細な欠陥があると、応力集中や早期故障につながる可能性があります。
解放プロセスは保管プロセスの逆ですが、単純なリカバリではありません。スプリングはリバウンド時に安定した制御可能なトルク出力を提供する必要があります。これはワインドアップ機構の動的滑らかさにとって重要です。-エンジニアは、熱処理プロセスを通じて材料の弾性率と耐緩和性を最適化し、表面処理を通じて層間摩擦を低減し、数百万サイクルにわたる信頼性を維持しながら、90%を超えるエネルギー放出効率を達成しました。
