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汽車座椅扭力桿設(shè)計校核

2018-12-29 20:41:06·  來源：汽車座椅系統(tǒng)  
　
相信很多朋友對扭力桿的助力設(shè)計并不陌生，但是大部分座椅設(shè)計人員還是不會系統(tǒng)地去考量和設(shè)計扭力桿（Torsion bar）。今天我們就結(jié)合前幾篇文章來談?wù)勛闻ちU的剛度計算和強度校核。
首先，我們建立扭力桿的受力模型，如下圖：
現(xiàn)在假設(shè)扭力桿半徑為r（m），長度L（m），在一端施加扭矩T（N*m）之后，扭力桿扭轉(zhuǎn)角度為α（deg），扭力桿材料剪切模量為G（Pa）。
為方便計算，我們以角度定義α（deg），以弧度定義θ（rad）。 取距離中心 x 處一個截面單元，故：
到這里，扭力桿的剛度計算公式已經(jīng)推導(dǎo)出來了。下面，我們進(jìn)行扭力桿的強度校核。對于扭力桿而言，我們需要對其扭轉(zhuǎn)彈性極限進(jìn)行校核。
我們選擇一種中等材料來說明：由上表可知，該材料的彈性極限取平均值是0.6倍的抗拉強度，假設(shè)該材料抗拉極限是1560MPa。扭力桿上最大的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力是當(dāng)x取r時，故
下面就通過兩個例子來對比說明：
例1
例2
在滿足操作力要求和防止齒輪受力反轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上（見前幾篇文章說明），我們還要保證扭力桿的最大剪切應(yīng)力不會超過其扭轉(zhuǎn)彈性極限。例1滿足要求，例2已經(jīng)超過彈性極限，使用壽命會急劇下降，助力性能也會因為塑性變形而衰減。
我們再拓展一下，看看使用壽命與鋼絲直徑和鋼絲長度的關(guān)系：
在相同扭轉(zhuǎn)角度情況下，扭力桿的可扭轉(zhuǎn)次數(shù)可以用以下公式表達(dá)：
從公式可看出，扭力桿的可扭轉(zhuǎn)次數(shù)與鋼絲直徑成反比，與鋼絲長度成正比。為了提高使用壽命， 直徑可選取小一些（直徑小的棒材抗拉極限也會高一點），扭力桿有效長度 可選取長一些。
 
 
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