Roloff/Matek Maschinenelemente Drehfeder Drehfeder – Konstruktionsmerkmale • Form entspricht einer zylindrischen Schraubenfeder • Enden als Schenkel abgebogen • Belastung in Wickelrichtung (Zugspannung Außenseite) • Windungsabstand (a) empfehlenswert • Führung durch Innenbolzen möglich – Einsatzbeispiele • Scharnierfeder • Rückstellfeder • Andrückfeder – Herstellung • kaltgeformt Johann Lodewyks 1 Roloff/Matek Maschinenelemente Drehfeder Bild 10-10 Drehfeder • Merkmale – kurze tangentiale Schenkel • Grundgleichungen Widerstandsmoment W Momentenbelastung M Biegespannung b d 3 32 F H q M W 3 [m ] [ Nm ] bzul [ N ] 2 m Spannungsbeiwert (q) aus TB10-4 ACHTUNG bei Last im Windungssinn ist q immer gleich 1 !! • Kennwerte Wickelverhältnis Windungsabstand w D d 4....20 [ - ] a ( 0.24 w 0.63) d 0.83 Johann Lodewyks [ m] 2 Roloff/Matek Maschinenelemente Drehfeder Bild 10-10 Drehfeder • Merkmale – Feder b) • abgebogene Schenkel – einer fest eingespannt – einer gespannt und beweglich – Feder c) • ein abgebogener, ein tangentialer Schenkel – einer gespannt und beweglich – einer abgestützt • Führungsbolzen – Kennwerte minimaler Biegeradius r Bolzendurchmesser dB d 17mm ( 0.8...0.9) Di [ m] Johann Lodewyks F1 F2 F3 F4 0 1 [N] Haltekräfte [rad] Schenkelwinkel 3 Roloff/Matek Maschinenelemente Drehfeder Bild 10-10 Drehfeder • Merkmale – Schenkel als Halteklammer – Andrückfeder einer Sperrklinke – Drehbewegung nur im Uhrzeigersinn möglich Johann Lodewyks 4 Roloff/Matek Maschinenelemente Drehfeder Berechnung – Größengleichung für die Abschätzung des Drahtdurchmessers Einheiten der Grössengleichung (10.11) 3 Drahtdurchd messer 0.23 Fmax H 1k 3 0.23 M 1k 3 [ mm ] k 0.06 Biegespannung b q q M q F H W 32 d 3 32 d 3 bzul [N] maximale Federkraft M [Nmm] Moment [mm] Hebelarm Einheiten der Berechnungsgleichung » Kraft nach der Belastung (statisch, schwingend) » Spannung nach Lasthäufigkeit (gelegentlich<10^4 bis Dauerfest > 10^7) aus TB10-3, TB10-4 u. TB10-5 M [-] Di – Festigkeitsnachweis (10.15) M Fmax H [ N ] 2 m Johann Lodewyks F [N] maximale Federkraft H [m] Hebelarm d [m] gewählter Drahtdurchmesser q [-] M [Nm] maximales Moment W [m^3] Widerstandsmoment Faktor der Drahtkrümmung 5 Roloff/Matek Maschinenelemente Drehfeder Einheiten der Berechnungsgleichung Berechnung F Di [N] [m] E [N/m^2] R [N/Grad] Federrate Federkraft Innendurchmesser Elastizitätsmodul [Grad] Winkel [m] d Drahtdurchmesser Bild 10-10 – Bestimmung der Federgeometrie mit TB 10-2 (10.12) E d 4 64 n Windungs° F H D 180 anzahl mittlerer Durchmesser D 4 E d ° 64 F H D 180 4 1 E d R ° 64 H D 180 Di d [ m ] Bild 10-11 Johann Lodewyks 6 Roloff/Matek Maschinenelemente Drehfeder Berechnung – Bestimmung der Federlängen (10.13) Länge der unbelasteten Feder (10.14) gestreckte Länge des Federdrahtes für a 0 LK0 für a n ( a d) d [ m] für a d 0.25 D L n D 2 LK0 0 ( n 1.5) d [ m ] d [m] Drahtdurchmesser a [m] Windungsabstand D [m] für ( a d ) 0.25 D n ( a d) 2 [ m] n D L [ m] E Länge 2 l n D Anzahl der federnden Windungen [N/m^2] Elastizitätsmodul M [Nm] Moment Höhe n ( a d) [-] mittlerer Windungsdurchmesser 2 2 Umfang Johann Lodewyks 7 Roloff/Matek Maschinenelemente Drehfeder Berechnung – Bestimmung des Verdrehwinkels Flächenträgheitsmoment 2.Grades (10.16) Verdrehwinkel d I ° 180 E 4 [N/m^2] Elastizitätsmodul M [Nm] Moment 4 [m ] 64 M n M L M L E I 4 E d 64 D 2 ( a d) 2 4 E d 64 [rad] d [m] Drahtdurchmesser L [m] Länge der gestreckten Windungen – Winkelzuschlag bei wenigen Windungen und / oder nicht fest eingespannten Schenkeln Winkelzuschlag bei tangentialen Schenkel Winkelzuschlag bei tangentialen Schenkel ° 2 ° F 4 H D 97.4 E d ° [Grad] 2 4 ° F ( 2 H D) 48.7 E H d 3 [Grad] 4 Johann Lodewyks Einheiten der Grössengleichung F [N] Kraft D [mm] E [N/mm^2] E-Modul H [mm] Hebelarm d [mm] Drahtdurchmesser mittlerer Wicklungsdurchmesser 8
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