CN110263413A - 一种扭杆弹簧的优化设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于扭杆弹簧设计领域，具体涉及一种扭杆弹簧的优化设计方法。按现有扭杆弹簧的设计公式计算得到扭杆弹簧，针对不同的材料其理论与实际的刚度公差为±10％，不能满足一些对力值较为敏感的应用场合。本发明针特定的扭杆弹簧特征，提供了一种扭杆弹簧的优化设计方法，通过采用优化的设计参数C,C为0.875‑0.915，将该参数作为一个常数系数引入扭杆弹簧的计算公式扭杆弹簧的理论与实际刚度公差为±2.5％，显著提高了扭杆弹簧的刚度精度，从而提高应用装置或系统的性能指标精度，简化调节机构的结构和调节难度，适用性极广，经济性好。

Description

一种扭杆弹簧的优化设计方法
技术领域
本发明属于扭杆弹簧设计领域，具体涉及一种扭杆弹簧的优化设计方法。
背景技术
目前，按现有扭杆弹簧的设计公式计算得到扭杆弹簧，但针对不同的材料，通过该通用性的设计公式所得到的扭杆弹簧，其理论与实际的刚度公差为±10％，不能满足一些对力值较为敏感的应用场合。
发明内容
本发明针对表1列出的扭杆弹簧特征，提供了一种扭杆弹簧的优化设计方法，具有更高的设计精度。
表1扭杆弹簧特征
该方法对现有的设计公式进行了优化，具体通过采用优化的设计参数C,C为0.875-0.915，将该参数作为一个常数系数引入扭杆弹簧的计算公式，即
其中：
d—杆径，m；
L—杆长，m；
G—材料切变模量,GPa；
K—刚度，Nm/°。
通过引入后的计算公式得到的扭杆弹簧其理论与实际刚度公差为±2.5％，显著提高了扭杆弹簧的刚度精度。适应设计参数C的扭杆弹簧见表1。
有益效果：采用本发明的优化设计方法，扭杆弹簧的理论与实际刚度公差为±2.5％，显著提高了扭杆弹簧的刚度精度，从而提高应用装置或系统的性能指标精度，简化调节机构的结构和调节难度，适用性极广，经济性好。
附图说明
图1是根据目前设计方法得到的扭杆弹簧试验数据。
图2是根据本发明设计方法得到的扭杆弹簧试验数据。
具体实施方式
现结合附图将初始和最终的试验参数和数据列举。
按公式设计三种扭杆弹簧，状态见表2，试验数据见图1。
表2扭杆弹簧设计参数
理论刚度与实际刚度对比见表3。
表3扭杆弹簧理论刚度与实际刚度对比(1)
由表3可以看出理论刚度比实际刚度大10％左右。
按公式设计三种扭杆弹簧，C为0.896，状态见表4，试验数据见图2。
表4引入设计参数的扭杆弹簧设计参数
理论与实际刚度对比见表5。
表5扭杆弹簧理论与实际刚度对比(2)
由表5可以看出理论刚度与实际刚度的比值在1.8％以内，满足扭杆弹簧的刚度K应在K±2.5％以内的要求。

Claims (10)

1.一种扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：该方法用于结构形式为实心杆且圆锥过渡、杆径16-24mm、材料为60Si2MnA、热处理HRC47-51的扭杆弹簧，采用了优化设计公式：
其中，C为设计参数，取值0.875-0.915,
D为杆径，m；
L为杆长，m；
G为材料切变模量,GPa；
K为刚度，Nm/°。
2.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：所述设计参数C为0.896。
3.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：所述设计参数C为0.885。
4.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：所述设计参数C为0.895。
5.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：所述设计参数C为0.90。
6.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：所述设计参数C为0.913。
7.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：所述杆径为20mm。
8.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：所述杆径为18mm。
9.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：所述杆径为22mm。
10.根据权利要求1所述的扭杆弹簧的优化设计方法，其特征在于：热处理HRC49。
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