Τι είναι τα ελατήρια στρέψεως και πώς λειτουργούν

Τα ελατήρια στρέψεως είναι ελικοειδή ελατήρια που δεν συμπιέζονται ούτε τεντώνονται, αλλά στρέφονται γύρω από τον άξονά τους. Το φορτίο ασκείται στα δύο σκέλη τους και το ελατήριο αποδίδει ροπή, δηλαδή δύναμη περιστροφής, ανάλογη με τη γωνία που το στρίψατε. Τα συναντάτε σε μεντεσέδες, μανταλάκια, γκαραζόπορτες και διακόπτες. Στο εργοστάσιό μας στον Ασπρόπυργο κατασκευάζουμε ελατήρια στρέψεως από σύρμα 0,25 mm έως 25 mm, με μονή ή διπλή σπείρα και σκέλη κάθε μορφής.

Στο άρθρο αυτό εξηγούμε πώς λειτουργεί η ροπή και η γωνιακή παραμόρφωση, τι σημαίνει μονή και διπλή σπείρα, γιατί η φορά περιέλιξης πρέπει να ταιριάζει με τη φορά περιστροφής, σε ποια υλικά τα κατασκευάζουμε και τι χρειάζεται για να παραγγείλετε το σωστό ελατήριο.

Πώς λειτουργεί ένα ελατήριο στρέψεως

Σε ένα ελατήριο πιέσεως ή έλξεως το σύρμα καταπονείται σε στρέψη, ενώ το ελατήριο ως σύνολο κοντεύει ή μακραίνει. Στο ελατήριο στρέψεως συμβαίνει το αντίστροφο: το σύρμα καταπονείται σε κάμψη και το ελατήριο ως σύνολο περιστρέφεται. Όταν στρίβετε το ένα σκέλος ως προς το άλλο, οι σπείρες σφίγγουν ή χαλαρώνουν και το ελατήριο αντιδρά με ροπή.

Ο νόμος του Hooke ισχύει και εδώ, σε γωνιακή μορφή: η ροπή είναι ανάλογη με τη γωνιακή παραμόρφωση. Η σταθερά ελατηρίου εκφράζεται σε ροπή ανά μοίρα ή ανά στροφή και εξαρτάται από τη διάμετρο σύρματος, τη μέση διάμετρο σπειρών, τον αριθμό των ενεργών σπειρών και το υλικό.

Το ελατήριο στρέψεως λειτουργεί σχεδόν πάντα πάνω σε άξονα ή πείρο που περνά μέσα από τις σπείρες. Ο άξονας το κρατά ευθυγραμμισμένο και εμποδίζει τον λυγισμό. Επειδή οι σπείρες σφίγγουν όταν φορτίζονται σωστά, η εσωτερική διάμετρος μικραίνει, γι’ αυτό υπολογίζουμε πάντα το διάκενο από τον άξονα.

Μονή και διπλή σπείρα, μορφές σκελών

Το μονό ελατήριο στρέψεως έχει ένα σώμα σπειρών και δύο σκέλη, ένα σε κάθε άκρο. Είναι η βασική μορφή και καλύπτει μεντεσέδες, κλιπ, μοχλούς και μικρούς μηχανισμούς.

Το διπλό ελατήριο στρέψεως αποτελείται από δύο σώματα σπειρών, με αντίθετη φορά περιέλιξης, που ενώνονται με ένα κεντρικό σκέλος. Τα δύο εξωτερικά σκέλη στηρίζονται στον μηχανισμό και το κεντρικό σκέλος ασκεί τη δύναμη. Η διάταξη αυτή δίνει διπλάσια ροπή σε ίδιο πλάτος και εξουδετερώνει τις πλευρικές δυνάμεις, γι’ αυτό τη συναντάτε σε καπάκια, μανταλάκια και μηχανισμούς που πρέπει να πιέζουν κεντρικά.

Τα σκέλη διαμορφώνονται ανάλογα με το πώς στηρίζεται και πώς φορτίζεται το ελατήριο:

• Ευθεία σκέλη: εφαπτόμενα, ακτινικά ή αξονικά ως προς τις σπείρες.
• Σκέλη με γωνία: κάμπτονται σε μία ή περισσότερες γωνίες για να φτάσουν το σημείο στήριξης.
• Σκέλη με γάντζο ή θηλιά: για αγκίστρωση σε πείρο ή οπή.
• Διαμορφωμένα σκέλη: κατά σχέδιο, με όποιο σχήμα απαιτεί ο μηχανισμός.

Φορά περιέλιξης: δεξιόστροφο ή αριστερόστροφο

Κάθε ελατήριο στρέψεως έχει φορά περιέλιξης, δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη, ανάλογα με το πώς τυλίγεται το σύρμα γύρω από τον άξονα. Η φορά αυτή δεν είναι λεπτομέρεια. Καθορίζει προς ποια κατεύθυνση πρέπει να φορτίζεται το ελατήριο.

Το ελατήριο στρέψεως σχεδιάζεται ώστε το φορτίο να σφίγγει τις σπείρες, δηλαδή να τις τυλίγει πιο πολύ. Έτσι το σύρμα καταπονείται όπως προβλέπεται, η διάμετρος μικραίνει ελαφρά και το ελατήριο αγκαλιάζει τον άξονα. Αν φορτιστεί ανάποδα, οι σπείρες ανοίγουν, η διάμετρος μεγαλώνει, η τάση στο σύρμα ξεπερνά τον υπολογισμό και το ελατήριο χάνει γρήγορα τη γωνία του ή σπάει.

Στους μηχανισμούς με δύο συμμετρικά ελατήρια, όπως πόρτες και καπάκια, το ένα ελατήριο είναι δεξιόστροφο και το άλλο αριστερόστροφο. Όταν μας στέλνετε δείγμα ή σχέδιο, ελέγχουμε τη φορά πριν από την κατασκευή. Αν παραγγέλνετε αντικατάσταση, σημειώστε προς ποια πλευρά τοποθετείται το ελατήριο στον μηχανισμό.

Υλικά ελατηρίων στρέψεως

Επειδή το σύρμα καταπονείται σε κάμψη, η αντοχή του υλικού σε κόπωση είναι καθοριστική. Τα υλικά που χρησιμοποιούμε:

• Χάλυβας ελατηρίων EN 10270: η βασική επιλογή για βιομηχανικές και γενικές χρήσεις.
• Ανοξείδωτος χάλυβας INOX AISI 302: για υγρασία, εξωτερικούς χώρους, τρόφιμα, θάλασσα και χημικά.
• Χάλυβας 51CrV4: για βαριά φορτία και μεγάλες διατομές, όπως ελατήρια γκαραζόπορτας.
• Φωσφορούχος ορείχαλκος: για ηλεκτρικές επαφές, όπου χρειάζεται αγωγιμότητα ή μη μαγνητικό υλικό.
• Σίδηρος: για απλές μορφές με χαμηλή καταπόνηση.

Μετά την περιέλιξη και τη διαμόρφωση των σκελών, το ελατήριο περνά από θερμική κατεργασία για απόσβεση τάσεων. Τη διαδικασία την κάνουμε αποκλειστικά στις εγκαταστάσεις μας, ώστε το ελατήριο να κρατά τη γωνία ελεύθερης θέσης και τις διαστάσεις του. Κάθε κατασκευή συνοδεύεται από πιστοποιητικά υλικών. Αναλυτικά για κάθε υλικό διαβάστε το άρθρο από τι υλικό φτιάχνονται τα ελατήρια.

Πού χρησιμοποιούνται τα ελατήρια στρέψεως

Το ελατήριο στρέψεως επιλέγεται όπου ένα εξάρτημα περιστρέφεται γύρω από άξονα και πρέπει να επιστρέφει ή να κρατιέται σε θέση:

• Μεντεσέδες: πόρτες, ντουλάπια και καπάκια που κλείνουν μόνα τους.
• Μανταλάκια και κλιπ: το κλασικό διπλό ελατήριο με κεντρικό σκέλος.
• Γκαραζόπορτες: βαριά ελατήρια στρέψεως πάνω σε άξονα αντισταθμίζουν το βάρος του φύλλου. Δείτε τα ελατήρια γκαραζόπορτας.
• Καπάκια και θυρίδες: επαναφορά ή συγκράτηση σε ανοιχτή θέση.
• Διακόπτες: επαναφορά μοχλού και σταθερή πίεση επαφής.
• Γεωργικά μηχανήματα: επαναφορά εργαλείων και μηχανισμών διαλογής. Δείτε και τα διάφορα και ειδικά ελατήρια.
• Οικιακές συσκευές: πόρτες, μηχανισμοί κουμπιών και καπάκια σε πλυντήρια, φούρνους και μικροσυσκευές.

Οι διαστάσεις ξεκινούν από πολύ μικρά ελατήρια για ηλεκτρολογικές συσκευές και φτάνουν σε βαριές διατομές για βιομηχανικούς μηχανισμούς, πάντα κατά παραγγελία.

Αστοχίες, μετρήσεις και παραγγελία

Οι πιο συνηθισμένες αιτίες αστοχίας στα ελατήρια στρέψεως είναι η κόπωση από πολλούς κύκλους, η υπερφόρτωση πέρα από τη γωνία σχεδιασμού που αφήνει μόνιμη παραμόρφωση, η φόρτιση με λάθος φορά που ανοίγει τις σπείρες, η θραύση στην κάμψη του σκέλους και η διάβρωση σε υγρά περιβάλλοντα.

Για να κατασκευάσουμε ή να αντικαταστήσουμε ένα ελατήριο στρέψεως χρειαζόμαστε:

1. Διάμετρο σύρματος.
2. Εσωτερική ή εξωτερική διάμετρο σπειρών.
3. Αριθμό σπειρών.
4. Μήκος και μορφή κάθε σκέλους.
5. Γωνία των σκελών σε ελεύθερη θέση, χωρίς φορτίο.
6. Φορά περιέλιξης, δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη.

Ο απλούστερος τρόπος είναι να μας στείλετε σχέδιο ή δείγμα, ακόμα και σπασμένο, και το αποτυπώνουμε εμείς. Οδηγίες μέτρησης θα βρείτε στο άρθρο πώς να μετρήσετε ένα ελατήριο. Επικοινωνήστε μαζί μας μέσω της φόρμας επικοινωνίας ή στο 210 557 0975 στον Ασπρόπυργο και στο 210 524 7562 στο Μεταξουργείο. Κατασκευάζουμε από ένα τεμάχιο έως σειρές παραγωγής και στέλνουμε σε όλη την Ελλάδα.

Συχνές ερωτήσεις