Verschiedene Arten von Federn und ihre Anwendung

Federn sind mechanische Komponenten von immenser Bedeutung, die in vielen Produkten zur Bewirkung von Bewegung, zur Verbesserung der Stoßdämpfungsfähigkeiten usw. verwendet werden. Mit anderen Worten, Rapid-Prototyping-Dienste wie 3D-Druck und CNC-Bearbeitung können verschiedene Arten von Federn herstellen, die bei der Herstellung von Produkten wie Uhren, Mobiltelefonen usw. verwendet werden.

Einige der am häufigsten verwendeten Produkte enthalten Federn in ihrem Design. Dies erfordert Wissen und Auswahl, und daraus ergibt sich die Notwendigkeit, Federn und ihre Anwendungen zu verstehen. Dieser Artikel befasst sich daher mit Federn, ihren Vor- und Nachteilen sowie den verschiedenen Arten von Federn und ihren Anwendungen.

Prinzip des Frühlings

Beginnen wir mit etwas über den Frühling. Feder ist eine Vorrichtung, die Energie speichert, wenn eine Kraft (von einer Last) ausgeübt wird, und die Energie nach dem Entfernen der Last freisetzt. Unter normalen Bedingungen kehrt die Feder unabhängig von den in einem Produkt verwendeten Federtypen nach dem Entfernen der Last in ihre ursprüngliche Form zurück.

Die Verwendung von Federn in jedem Produkt basiert auf dem Hookeschen Gesetz. Das Hookesche Gesetz zeigt einfach die Beziehung zwischen der auf eine Feder ausgeübten „Kraft“ und ihrer Elastizität. Einfach ausgedrückt besagt das Hookesche Gesetz, dass die zum Zusammendrücken und Ausdehnen der Feder benötigte Kraft direkt proportional zur Auslenkung ist.

Mathematisch wird das Hookesche Gesetz ausgedrückt als F=-kX,

F =auf die Feder ausgeübte Kraft

X =Auslenkung der Feder (der negative Wert zeigt an, dass die Rückstellkraft der Richtung entgegengerichtet ist.

k =ist die Federkonstante. Es hängt von der Art der Federn ab und zeigt die Steifigkeit.

Verschiedene Arten von Federn und ihre Anwendungen

Federn werden aus unterschiedlichen Materialien, Formen, Funktionen usw. hergestellt, was verschiedene Anwendungen erfordert. Und die Quellen haben drei Hauptkategorien, wobei jede Kategorie verschiedene Unterkategorien hat.

Kategorie Eins:Schraubenfedern

Schraubenfedern sind die gängigsten Federarten in der Produktherstellung. Spiralförmig gewickelter Draht (daher der Name) mit unterschiedlichen Querschnitten kann Schraubenfedern ergeben. Nachfolgend sind die Arten von Federn in Kategorie eins aufgeführt.

1. Druckfedern

Druckfedern sind offene Schraubenfedern mit einem konstanten Windungsdurchmesser und einer variablen Form, die einer axialen Kompression widerstehen.

Das einfachste Anwendungsbeispiel findet sich im Kugelschreiber, wo es für den „Popping“-Effekt verantwortlich ist. Es ist auch in Ventilen und Aufhängungen anwendbar.

2. Zugfedern

Im Gegensatz zu Druckfedern sind Zugfedern geschlossene Schraubenfedern. Sie eignen sich, um Spannung aufzubauen, Energie zu speichern und die Energie zu nutzen, um die Feder wieder in ihre ursprüngliche Form zu bringen.

Ein einfaches Anwendungsbeispiel sind Garagentore. Andere finden sich in Zughebeln, Backenzangen und Waagen.

3. Torsionsfedern

Eine Torsionsfeder ist mit ihren beiden Enden an zwei unterschiedlichen Bauteilen befestigt. Dies hält die beiden Komponenten in einem bestimmten Winkel auseinander. Diese Federn verwenden eine radiale Richtung, wenn die Kraft aufgrund der Drehung radial wirkt. Darüber hinaus können CNC-Bearbeitungsfunktionen kundenspezifische Torsionsfedern mit zwei Körpern in großen Mengen herstellen.

4. Spiralfedern

Spiralfedern werden hergestellt, indem rechteckige Metallstreifen zu flachen Spiralen gewickelt werden. Bei der Aktivierung speichert es eine angemessene Menge an Energie und kann sie mit konstanter Geschwindigkeit abgeben. Durch die konstante Freigabe eignet es sich für mechanische Uhren, Spielzeug und Sitzlehnen.

Kategorie Zwei:Blattfedern

Blattfedern sind Arten von Federn aus rechteckigen Metallplatten, auch bekannt als Blätter. Die rechteckigen Metallplatten werden normalerweise verschraubt und geklemmt und werden hauptsächlich in schweren Fahrzeugen verwendet. Nachfolgend sind die verschiedenen Arten von Blattfedern und ihre Anwendungen aufgeführt.

1. Elliptische Blattfeder

Durch die Verbindung zweier halbelliptischer Federn in entgegengesetzter Richtung lässt sich die elliptische Blattfeder konstruieren. Dies bildet eine elliptische Form. Die Achse und der Rahmen befestigen die elliptischen Führungsfedern. Federlaschen sind nicht erforderlich, da die beiden halbelliptischen Federn beim Einfedern um den gleichen Betrag gedehnt werden. Elliptische Blattfedern waren nur in alten Autos anwendbar, aber heutzutage nicht mehr.

2. Halbelliptische Blattfeder

Dies sind die beliebtesten Blattfedern in Automobilen. Sie bestehen aus Stahlblechen mit unterschiedlichen Längen, aber gleicher Breite und Dicke. Das oberste/längste Blatt an den beiden Enden ist das Hauptblatt. Die Anordnung der Stahlblätter ähnelt einer halbelliptischen Form.

Halbelliptische Blattfedern haben ein Ende, das starr am Fahrzeugrahmen und das andere am Bügel befestigt ist. Dies hilft beim Variieren der Längen und beim Absorbieren von Stößen beim Fahren in unwegsamem Gelände. Halbelliptische Blattfedern erfordern weniger Wartung, sind leicht zu reparieren und haben eine lange Lebensdauer.

3. Elliptische Viertelblattfeder

Die viertelelliptische Blattfeder, auch als Cantilever-Blattfeder bekannt, ist ebenfalls eine alte Blattfeder. Sie haben ein Ende, das mit Hilfe einer U-Klemme oder eines I-Bolzens am Längsträger des Rahmens befestigt ist. Der andere ist frei mit der Vorderachse verbunden. Wenn der Vorderachsträger einer Stoßbelastung ausgesetzt wird, richten sich die Blätter auf, um den Stoß zu absorbieren.

4. Elliptische Dreiviertel-Blattfeder

Ein einfaches Anwendungsbeispiel ist ein Türscharnier. Hier speichert die Feder beim Öffnen der Tür ihre Rotationsenergie; Wenn Sie die Tür loslassen, nutzt die Feder die gespeicherte Energie, um die Tür wieder in ihre ursprüngliche Position zu bringen. Die Drehkraft hängt von der Drehung der Feder ab.

Diese Blattfeder ist eine Kombination aus Viertelelliptikfeder und Halbelliptikfeder. Ein halbelliptischer Endteil ist am Fahrzeugrahmen befestigt, während der andere an der elliptischen Viertelfeder befestigt ist. Das andere Ende der elliptischen Viertelfeder wird mit der I-Schraube an den Rahmen und dem Kopf befestigt.

5. Querblattfeder

Die Querblattfeder entsteht durch die Quermontage einer halbelliptischen Blattfeder entlang der Fahrzeugbreite. Die Anordnung ist so, dass sich das längste Blatt der Feder unten befindet, der Mittelteil wird mit Hilfe eines U-Bolzens am Rahmen befestigt. Querblattfedern verwenden zwei Bügel. Sie können jedoch Rollen verursachen, wodurch sie für Autos ungeeignet werden.

Kategorie Drei:Tellerfedern

Querblattfeder Tellerfedern sind Einzel- oder Mehrfachfedern, die in Reihe oder parallel angeordnet sind. Durch diese Anordnung können sie auf engstem Raum eine hohe Belastung aufnehmen. Zu den Arten von Tellerfedern gehören:

1. Tellerfeder

Die Belleville-Tellerfeder, die auch als kegelförmige Tellerfeder bekannt ist, hat eine schalenförmige Konstruktion. Sie liegen nicht flach. Stattdessen nehmen sie eine kanonische Form an, die komprimiert wird und es ihnen ermöglicht, schwere Lasten zu handhaben.

2. Gebogene Tellerfeder

Auch als sichelförmige Unterlegscheiben bekannt, üben sie leichten Druck auf ihre Gegenstücke aus, um einem Lösen infolge von Vibrationen zu widerstehen. Sie eignen sich zur gleichmäßigen Lastverteilung von Gewindebolzen, Schrauben und Muttern in Maschinen, die ständig Vibrationen erzeugen.

3. Geschlitzte Tellerfeder

Die Schlitze am Außen- und Innendurchmesser einer Tellerfeder können die geschlitzte Tellerfeder bilden. Dies führt zu einem Hebel, der die Federbelastung reduziert und die Durchbiegung erhöht. Geschlitzte Tellerfedern haben eine breite Anwendung in Automatikgetrieben, Kupplungen und Überlastkupplungen.

4. Wellentellerfedern

Gewellte Tellerfedern haben mehrere Wellen pro Windung und sind geeignet, um Preise und vorhersehbare Belastungen bereitzustellen. Hier können sie als Polster wirken, indem sie Spannungen durch axiale Kompression aufnehmen.

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Materialien zur Herstellung von Federn

Anders als die herkömmliche Annahme, dass Federn aus Eisen stammen, ist es wichtig zu wissen, dass Federn aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Die Materialarten bestimmen also die Eigenschaften, Federarten und deren Anwendungen. Nachfolgend sind die gängigen Materialien aufgeführt:

· Beryllium-Kupfer-Legierung

Daraus hergestellte Federn haben eine hohe Festigkeit, geringes Kriechen und eine hervorragende Leitfähigkeit. Sie eignen sich auch zum Bilden komplexer Formen und Gestalten. Folglich ist es gut, Kupferlegierungen zu verwenden, um Federn herzustellen, die in Musikinstrumenten, bestimmten Messgeräten, Kugeln usw. verwendet werden.

· Keramik

Keramisches Material eignet sich zur Herstellung von Federn, die bei sehr hohen Temperaturen verwendet werden. Es ist abriebfest, wasserfest und sehr hart. Es hat auch einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine geringe Dichte.

· Einseitig gerichtete Glasfaserverbundmaterialien

Einseitig gerichtetes Glasfaserverbundmaterial ist eine verstärkte Glasfaser mit starker Festigkeit. Folglich betrachten die Hersteller es jetzt als potenzielles Material für die Herstellung aller Federn.

· Gummi/Urethan

Diese Materialien eignen sich zur Herstellung von Federn mit zylindrischem/nicht gewundenem Design. Sie sind sicher und zuverlässig und aufgrund ihrer nicht leitenden Eigenschaften finden sie Anwendung in Produkten, bei denen es immer Probleme mit Magnetismus, Korrosion und Vibrationen gibt.

· Stahllegierungen

Die Stahllegierungsfeder ist die am häufigsten verwendete Federart. Sie können mit anderen Materialien verstärkt werden, haben aber unabhängig davon eine hervorragende Festigkeit und Haltbarkeit.

Vor- und Nachteile von Federn

Federn haben einige nette Vorteile, wenn sie eines der wesentlichen Teile sind, die eine Reihe weit verbreiteter Produkte umfassen, aber sie haben auch einige Nachteile. Schauen wir uns der Reihe nach die Vor- und Nachteile von Federn an.

Vorteile von Federn

· Bessere Stoßdämpfungsfähigkeit

Federn haben eine breite Anwendung in vielen Produkten, da sie in der Lage sind, die Wirkung von Stößen zu reduzieren, indem sie sie absorbieren. Wenn das Produkt einen Stoß erfährt, drückt sich die Feder zusammen und entspannt sich, um sie zu absorbieren. Federn sind daher wichtige Teile von Fahrzeugen.

· Energiespeicherung

Die Spiralfeder ist ein Beispiel für eine Feder, die als Alternative zu einer Batterie dienen kann. Bei einer Kraftbeaufschlagung kann die Feder Energie erzeugen und die Energie konstant abgeben. Das macht sie zu einem wichtigen Bestandteil der mechanischen Uhr.

· Beitrittsmechanismus

Die Verwendung von Federn kann zwei Teile eines Produkts oder Teils miteinander verbinden. Zum Beispiel werden Federn in Garagen, Türen und Waagen verwendet, um zwei Teile zu verbinden, damit sie funktionieren.

· Produktstabilität

Federn sorgen durch ihre stoßdämpfende Wirkung dafür, dass Produkte, die sie verwenden, stabil sind. Produktstabilität kann auch eine Form von Teilereibung und Vibrationsreduzierung sein.

Nachteile von Federn

· Teuer

Das Hinzufügen einer Feder kann bei einigen Maschinen teuer sein. Dies liegt an den unterschiedlichen Arten von Federn, der einfachen Herstellung, der Verfügbarkeit des richtigen Materials und dem Produktdesign.

· Sie verlieren mit der Zeit ihre Wirkung

Durch die gleichzeitige Kompression und Entspannung verlieren Federn mit der Zeit ihre Wirkung. Dies hängt von dem Material ab, aus dem es hergestellt wird. Schließlich wird es das Hookesche Gesetz nicht befolgen, d. h. es wird bei Verformung nicht in die ursprüngliche Form zurückkehren.

Schlussfolgerung

Federn sind ein wichtiger Bestandteil jedes Produkts, das sich bewegt. Beim Komprimieren und Expandieren können sie Energie speichern und wieder abgeben. Die Wahl der richtigen Feder setzt voraus, dass man die Arten von Federn kennt, die heutzutage verwendet werden. Jede Feder hat ihre eigenen Merkmale und Eigenschaften, die von den verwendeten Materialien, dem Design und dem Herstellungsprozess abhängen. Wenn Sie sich also für die Herstellung einer Feder für Ihr Produkt entscheiden, ist es am besten, die oben genannten Faktoren zu berücksichtigen.

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Häufig gestellte Fragen

Welche Arten von Federn gibt es?

Es gibt drei Haupttypen von Federn:Schraubenfedern, Tellerfedern und Blattfedern. Jeder Haupttyp hat verschiedene Arten von Federn darunter. Die Schraubenfedern bestehen beispielsweise aus Torsionsfeder, Zugfeder, Spiralfeder und Druckfeder.

Welche Arten von Schraubenfedern gibt es?

Die Schraubenfedern bestehen aus 4 verschiedenen Federtypen, jede mit ihrer Anwendung. Die vier sind Torsionsfeder, Zugfeder, Spiralfeder und Druckfeder.

Was ist die häufigste Federart?

Die häufigste Federart ist die Torsionsfeder. Sie haben zwei Enden, die an zwei verschiedenen Komponenten befestigt sind, um sie in einem bestimmten Winkel auseinander zu halten. Ein Anwendungsbeispiel ist das Türscharnier. Hier speichert die Feder beim Öffnen der Tür ihre Rotationsenergie. Wenn Sie die Tür loslassen, nutzt die Feder die gespeicherte Energie, um die Tür wieder in ihre ursprüngliche Position zu bringen.