فنر مارپیچی نوع خاصی از فنر مارپیچ است که به شکل یک مارپیچ ارشمیدسی مسطح یا مارپیچ متحدالمرکز است. از یک نوار فلزی بسیار الاستیک (معمولاً فولاد فنری یا فولاد ضد زنگ) برای ذخیره انرژی بالقوه در طول سیم پیچی استفاده می کند. اصل کار هسته بر اساس قانون تغییر شکل الاستیک هوک است، اما به طور منحصر به فردی آشکار می شود: هنگامی که یک سر فنر ثابت است و انتهای دیگر تحت یک گشتاور چرخشی قرار می گیرد، نوار فلزی حول محور مرکزی خود سفت یا شل می شود، انرژی مکانیکی را به انرژی تغییر شکل الاستیک ذخیره شده تبدیل می کند، و زمانی که انرژی شکل اولیه خود را باز می گرداند، انرژی اولیه آزاد می شود.
این ساختار از اشغال فضای محوری چشمههای مارپیچ سنتی جلوگیری میکند و انرژی را در یک فضای مسطح یا استوانهای فشرده ذخیره میکند. گشتاور و زاویه چرخش آن معمولاً رابطه خطی خوبی را نشان می دهد. کلید طراحی آن در کنترل دقیق ابعاد مقطع- نوار، استحکام تسلیم مواد و تلفات اصطکاک بین مارپیچ ها برای اطمینان از تبدیل انرژی کارآمد و عمر طولانی است.
فرآیند دقیق ذخیره سازی و انتشار انرژی
چگالی ذخیره انرژی یک شاخص عملکرد کلیدی فنر مارپیچی است. در مقایسه با انواع دیگر فنرها، توزیع تنش یکنواخت آن امکان ذخیره انرژی بیشتری را در یک حجم محدود فراهم می کند. هنگامی که یک نیروی خارجی به بازوی انتهایی متحرک وارد می شود، نوار فلزی به طور یکنواخت از بیرون به داخل یا از داخل به بیرون می پیچد و تنش خمشی مداوم و هموار درون ماده ایجاد می کند. این فرآیند مستلزم آن است که مواد دارای محدودیت های خستگی بسیار بالا و خواص مکانیکی یکنواخت باشند. هر گونه نقص میکروسکوپی می تواند منجر به تمرکز استرس و شکست زودرس شود.
فرآیند انتشار برعکس فرآیند ذخیره سازی است، اما یک بازیابی ساده نیست. فنر باید خروجی گشتاور پایدار و قابل کنترلی را در هنگام برگشت ارائه دهد، که برای نرمی پویا مکانیزمهای باد{1}بالا بسیار مهم است. مهندسان مدول الاستیک و مقاومت در برابر آرامش مواد را از طریق فرآیندهای عملیات حرارتی بهینه میکنند و اصطکاک بین لایهها را از طریق عملیات سطحی کاهش میدهند و بازدهی آزادسازی انرژی بیش از 90 درصد را به دست میآورند و در عین حال قابلیت اطمینان را برای میلیونها چرخه حفظ میکنند.
