汤心仪，刘涛，黄模佳

(南昌大学工程力学系，江西 南昌 330031)

扭转弹簧(简称扭簧)是一种利用弹性能来工作的机械零件，它通过储存和释放弹性能，以静态的方式固定装置，以达到预期的效果。扭转弹簧主要用于控制机件的运动、缓和冲击或震动、储存能量、测量力的大小等方面，近年来，随着人类对使用工具智能化与科技化要求的提高，扭转弹簧已经广泛应用于日常生活当中，从而使得对扭转弹簧力学特性的研究工作显得格外重要。目前，国内对扭转弹簧的研究大多集中在加工工艺、材料性能的稳定性、疲劳性能、可靠性以及选用新材料使其具有更好的可靠性和寿命上[1-4]，国外对于扭转弹簧的研究大多集中在有特殊用途扭转弹簧的研究，譬如利用扭转弹簧代替环形车轮实现简单的行星牵引驱动[5]，以及对扭转弹簧能量储存性能的研究[6]，其特点在于研究方法和试验工具都比较先进。国内外关注扭簧配合阻尼系统对整体结构的性能影响[7-8]、关注利用有限元对扭簧的数值仿真[9-11]。

基于上述背景，为了深入研究扭簧的扭转刚度，本文以扭簧为研究对象，建立了扭转弹簧的力学分析模型，根据曲梁的弯曲理论，推导出扭簧刚度计算表达式，该表达式考虑了钢丝直径与扭簧回转直径之比的效应。本文开展了扭簧刚度的测量试验和有限元数值仿真。研究结果表明：实测结果、数值计算与计算表达式的结果高度吻合，验证了本文推导的扭簧刚度计算表达式的可靠性，为扭转弹簧的力学特性的研究提供了新方法。……