Drehfeder Roloff/Matek Maschinenelemente

Johann Lodewyks 1

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

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Drehfeder• Merkmale

– kurze tangentiale Schenkel

• Grundgleichungen

• Kennwerte

Bild 10-10

Wickelverhältnis wD

d4....20 [ - ]

Windungsabstand a 0.24 w 0.63( ) d0.83 [ m ]

Momentenbelastung M F H [ Nm ]

Widerstandsmoment W d

332

[ m3 ]

Biegespannung b qM

W bzul [

N

m2 ]

Spannungsbeiwert (q) aus TB10-4 ACHTUNG bei Last im Windungssinn ist q immer gleich 1 !!

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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

Bild 10-10

Bolzendurchmesser dB 0.8...0.9( ) Di [ m ]

minimaler Biegeradius r d 17mm

F1 F2 F3 F4 [N] Haltekräfte

0 1 [rad] Schenkelwinkel

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Drehfeder

• Merkmale – Schenkel als Halteklammer

– Andrückfeder einer Sperrklinke

– Drehbewegung nur im Uhrzeigersinn möglich

Bild 10-10

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Berechnung

– Größengleichung für die Abschätzung des Drahtdurchmessers

(10.11)

Drahtdurch-messer d 0.23

3FmaxH

1 k 0.23

3M

1 k [ mm ] k 0.06

3M

Di [ - ]

Einheiten der Grössengleichung

Fmax[N] maximale Federkraft

H [mm] Hebelarm

M [Nmm] Moment

– Festigkeitsnachweis» Kraft nach der Belastung (statisch, schwingend)» Spannung nach Lasthäufigkeit (gelegentlich<10^4 bis

Dauerfest > 10^7) aus TB10-3, TB10-4 u. TB10-5

(10.15)b q

M

W

q M

32

d3

q F H

32

d3

bzul [N

m2 ]

Biegespannung

Einheiten der Berechnungsgleichung

F [N] maximale Federkraft

H [m] Hebelarm

d [m] gewählter Drahtdurchmesser

q [-] Faktor der Drahtkrümmung

M [Nm] maximales Moment

W [m^3] Widerstandsmoment

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Berechnung

– Bestimmung der Federgeometrie mit TB 10-2

Bild 10-11mittlerer Durchmesser D Di d [ m ]

Einheiten der Berechnungsgleichung

F [N] Federkraft

Di[m] Innendurchmesser

E [N/m^2] Elastizitätsmodul

R [N/Grad] Federrate

[Grad] Winkel

Bild 10-10

d [m] Drahtdurchmesser

(10.12)

n

180°

64

E d4

F H D

180°

E d4

64 F H D

1

R

180°

E d4

64 H DWindungs-

anzahl

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Berechnung– Bestimmung der Federlängen

[ m ]L n D [ m ]L n D 2 a d( )2

gestreckte Länge des Federdrahtes

a d( ) 0.25Dfüra d 0.25Dfür(10.14)

[ m ]LK0 n 1.5( ) d[ m ]LK0 n a d( ) dLänge der unbe-lasteten Feder

a 0füra 0für(10.13) d [m] Drahtdurchmesser

a [m] Windungsabstand

D [m] mittlerer Windungs- durchmesser

n [ - ] Anzahl der feder- nden Windungen

E [N/m^2] Elastizitäts- modul

M [Nm] MomentLänge l2

Höhe

n a d( )2

n D 2

Umfang

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Berechnung– Bestimmung des Verdrehwinkels

(10.16)

180°

M LE I

M L

E64

d4

M n D 2 a d( )2

E64

d4

[rad]

Verdrehwinkel

E [N/m^2] Elastizitäts- modul

M [Nm] MomentFlächenträgheits-moment 2.Grades I

d4

64[ m

4 ]d [m] Drahtdurch-

messer

L [m] Länge der gestreckten Windungen

– Winkelzuschlag bei wenigen Windungen und / oder nicht fest eingespannten Schenkeln

Winkelzuschlag beitangentialen Schenkel

°

97.4° F 4 H

2 D2

E d4

[Grad]

Winkelzuschlag beitangentialen Schenkel

°

48.7° F 2 H D( )

3

E H d4

[Grad]

Einheiten der Grössengleichung

F [N] Kraft

D [mm] mittlerer Wicklungsdurchmesser

E [N/mm^2] E-Modul

H [mm] Hebelarm

d [mm] Drahtdurchmesser