CN110263413B - 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
Figure DDA0002094139950000011
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
Figure BDA0002094139930000011
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
Figure BDA0002094139930000012
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
Figure BDA0002094139930000013
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
Figure BDA0002094139930000021
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
Figure BDA0002094139930000022
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)
Figure BDA0002094139930000031
由表3可以看出理论刚度比实际刚度大10％左右。
按公式
Figure BDA0002094139930000032
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
Figure BDA0002094139930000033
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)
Figure BDA0002094139930000034
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 (1)

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、18、20、22或24mm、材料为60Si2MnA、热处理HRC47、49或51的扭杆弹簧，采用了优化设计公式：
Figure FDA0004040920040000011
其中，C为设计参数，取值0.875、0.885、0.895、0.896、0.90、0.913或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/°。
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