Hvad består en fjeder af?

Varm- eller koldviklet af en række forskellige materialer og i varierende tråddiametre. Designet, materialet og fremstillingsprocesserne er specifikt tilpasset fjederens tekniske formål.

Hos Lesjöfors drejer vores verden sig om trykfjedre, torsionsfjedre og trækfjedre, og vi er brancheførende eksperter i fremstillingen af dem.

Med en enestående kapacitet inden for tråd fra 0,03 mm i tråddiameter op til 80 mm bruger vi varm- og koldviklingsteknikker til at levere kvalitetsfjedre til en bred vifte af brancher.

Men hvordan finder du ud af, hvilken fjeder der er bedst for dig?

Trykfjedre

Trykfjedre er den mest almindelige type fjedre. Deres særlige design betyder, at den komprimerede spiralform gør dem i stand til at modstå trykkræfter og levere styrke og elasticitet, der er designet til at holde komponenter adskilt.

De kan fremstilles i cylindriske, koniske, tilspidsede, konvekse eller konkave former med konstant eller variabel stigning og med enten slebne eller uslebne ender.

Der findes nogle forskellige typer fjedre, hvor kraften øges, når den aksiale længde mindskes, men trykfjedre, også kendt som spiralfjedre, er den mest almindelige fjedertype af alle.

Fælles for dem alle er, at en tråd formes til en spiral, hvor viklingsradius og stigning kan variere alt efter placeringen i fjederen. Belastningen føres ind i fjederen ved endevindingerne, som normalt er lukkede. Det betyder, at stigningsvinklen reduceres så meget som muligt i de to ender. Fjederens ender er i de fleste tilfælde slebet, hvilket centrerer belastningen i fjederen og giver en symmetrisk udbøjning af vindingerne.

Den mest almindelige type er den lineære, cylindriske trykfjeder med konstant vindingdiameter. Stigningen er også konstant, bortset fra de lukkede endevindinger. En cylindrisk, progressiv trykfjeder er designet med forskellig stigning i forskellige dele af fjederen. Koniske trykfjedre er ofte designet, så de kan komprimeres til en højde, der svarer til tråddiameteren. Kraft-udbøjningskarakteristikken er normalt progressiv, men stigningen kan varieres for at give en næsten lineær kraft-udbøjningskurve. Vindingdiameteren kan også udformes, så fjederen får en tøndeform eller timeglasform, hvilket giver egenskaber, der kan være ønskelige i bestemte anvendelser.

Fjederpakker er en måde at minimere den plads, der kræves til fjederfunktionen. To eller tre trykfjedre designes, så de passer ind i hinanden. Det betyder, at det ellers tomme rum inde i fjederens indvendige diameter også udnyttes. Viklingsretningen skifter mellem højre- og venstrevinding fra fjeder til fjeder.

Runde trådtværsnit er mest almindelige, men tråden kan også være kvadratisk, rektangulær, elliptisk eller have andre former.

Den aksiale udbøjning af en trykfjeder skaber torsionsspændinger i trådens tværsnit.

Alle typer spiralfjedre til tryk kan teoretisk beregnes med en semianalytisk metode, så længe belastningen er aksial. En detaljeret analyse af andre udbøjningsformer kræver ikke-lineær FE-analyse.

Trækfjedre

Trækfjedre, også kendt som extension springs, er spiralformede fjedre, der er designet til at holde to ting sammen, og hvor kraften øges, når længden øges. Set fra et spændingsanalyseperspektiv minder de meget om trykfjedre. Den modsatte belastningsretning kræver dog nogle særlige egenskaber.

Enderne på en trækfjeder skal kunne overføre en trækkraft. Den mest almindelige løsning er at bøje tråden ved fjederens ender til en passende form. Det kan være en åben krog eller en lukket løkke. Den kan placeres, så kraften centreres langs fjederens akse, eller så den ligger uden for centrum. Løkkens højde og diameter kan varieres inden for fremstillingens grænser.

Denne type integreret ende i en trækfjeder bliver ofte det svageste led, hvis fjederen bruges i en dynamisk anvendelse med mange belastningscyklusser.

Det skyldes en spændingskoncentration og en ugunstig fordeling af restspændinger i den bøjning, der kræves til krogen. Ved meget dynamiske anvendelser skal dette tages med i designet. Men i stedet for at designe hele fjederen med de lave spændingsniveauer, der kræves for, at krogen kan holde, bruges der ofte løsninger med separate endebefæstelser.

Vindingerne er normalt viklet tæt og med en forspændingskraft. Fjederen begynder først at udbøje, når den ydre kraft er større end forspændingen. Forspændingen reducerer fjederens monteringslængde sammenlignet med en fjeder uden forspænding. Forspænding er ikke mulig i trækfjedre, der hærdes og anløbes efter vikling. Der findes også fjederkrav, hvor en trækfjeder uden forspænding og med afstand mellem vindingerne er at foretrække.

Torsionsfjedre

Torsionsfjedre er viklede fjedre, der arbejder med en vridende, roterende bevægelse. De gør det muligt for et fleksibelt emne at lagre mekanisk energi, når det vrides, og de bruges, når der er behov for vinkelbevægelse i komponenter. De er ofte stærkere og mere holdbare end trækfjedre.

Torsionsfjedre bruges til roterende bevægelser og producerer et drejningsmoment, når de udbøjes. I mange anvendelser bruges dette drejningsmoment som en kraft, der svarer til drejningsmomentet divideret med momentarmen, altså den vinkelrette afstand mellem kraftens virkelinje og fjederens centrum. Nogle fjedre, der har form som en torsionsfjeder, kan teoretisk set være bedre at behandle som trådformer.

Belastningen føres ind i fjederkroppen gennem ben, som kan have mange forskellige former. De grundlæggende typer ben er dog tangentielle, radiale eller aksiale. Tangentielle ben er de enkleste, hvor benene blot følger tangenten ved det punkt, hvor den viklede fjederkrop slutter. Radiale ben kan enten være radiale indad eller radiale udad. Alle retninger mellem tangentielle og radiale ben er mulige, ligesom ben, der er bøjet mere end 90°. Flere bøjninger på benene kan også indgå i designet, hvis det er nødvendigt.

Som for alle torsionsfjedre bør belastningen ideelt set føres ind i fjederen som et drejningsmoment i stedet for som en punktkraft. Det betyder, at udbøjningen og spændingerne fordeles mere jævnt i fjedermaterialet, hvis benene er fastgjort. En kraftkobling på benene giver bedre funktion og længere levetid for fjederen sammenlignet med en enkelt kraft.

Koldviklede torsionsfjedre har restspændinger fra viklingen. Det giver dem en højere elastisk grænse, hvis de arbejder i opviklingsretningen, sammenlignet med afviklingsretningen. De monteres ofte på en dorn, selvom det ikke er nødvendigt, hvis benene er korrekt fastgjort. Det skal sikres, at diameteren mindskes under belastning i opviklingsretningen. Det er også vigtigt, at dornen ikke begrænser diameteren ved at skabe en forhindring. Hvis det sker, er benene den eneste del af fjederen, der kan udbøje, og den overbelastning, der opstår, vil føre til fjederbrud. Det samme sker, hvis der ikke er nok aksial plads til længdeforøgelsen, som opstår ved belastning i opviklingsretningen.

Materialet i en spiralformet torsionsfjeder belastes under bøjning. Analytiske metoder implementeret i computerprogrammer bruges til at forudsige drejningsmoment-udbøjningskarakteristikken og spændingerne. Disse metoder bygger på antagelsen om, at belastningerne indføres som drejningsmoment, og at bøjespændingen fordeles symmetrisk i fjederen. Benene bidrager til en stor del af udbøjningen i fjedre med færre vindinger og/eller lange ben, og dette skal derfor medregnes i beregningerne.

Når du ved, at der findes et næsten uendeligt udvalg af fjedertyper, fra specialdesignede løsninger til standardfjedre fra lager, kan du, udforske vores produkter og finde fjedre til ethvert behov.