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Im Gegensatz zur Schubspannung von Zug-/Druckfedern unterliegen die Windungen einer Drehfeder während des Betriebs einer Biegespannung, wobei die Spannungskonzentrationsstelle an der Innenseite der Windung liegt. Für die Berechnung ist zusätzlich ein Krümmungskorrekturfaktor sowie die zulässige Biegespannung des Werkstoffs zu berücksichtigen; die Formeln sind komplexer. In Hochdrehmoment-Szenarien besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Spannung an der Innenseite den zulässigen Grenzwert überschreitet – dies ist ein häufiger Ort für Ermüdungsbrüche.
Theoretisch ist der Verdrehwinkel proportional zum Drehmoment. In der Praxis führt jedoch eine große Verdrehung dazu, dass sich der Federdrahtdurchmesser verkleinert und sich die Anzahl der wirksamen Windungen ändert, wodurch das Drehmoment von dem theoretischen Wert abweicht. Für hochpräzise Anwendungen wie Präzisionsinstrumente und Regelventile ist eine wiederholte, iterative Korrektur des Drahtdurchmessers und der Wicklungsparameter erforderlich, was zu hohen Abstimmungskosten führt.
Torsionsfedern werden in Linksgewinde- und Rechtsgewindetypen unterteilt. Die Betriebsverdrehrichtung muss mit der Gewindehand der Feder übereinstimmen (wenn die Verdrehrichtung mit der Gewindehand übereinstimmt, umschließt die Feder den Dorn und das Drehmoment bleibt stabil). Eine falsche Gewindehandauslegung führt unmittelbar zu einer Vergrößerung des Federdrahtdurchmessers, einem starken Abfall des Drehmoments und kann sogar zum Abbrechen des Torsionsarms und zum Versagen führen.
Die Verbindungswurzel zwischen Torsionsarm und Feder ist die zweite wesentliche Spannungskonzentrationsstelle und neigt bei langfristiger wiederholter Torsion zum Bruch. Es ist erforderlich, den Übergangsfasenradius, die Länge des Torsionsarms sowie den Stützwinkel zu optimieren, um eine ausgewogene Balance zwischen Kraftübertragungseffizienz und Ermüdungslebensdauer zu erreichen. Die Kosten für Spannungssimulation und -verifikation speziell geformter Torsionsarme sind höher.
Die meisten Anwendungsszenarien weisen begrenzten Einbauraum auf. Innerhalb der vorgegebenen maximalen Innendurchmesser-, Außendurchmesser- und axialen Längenbeschränkungen müssen gleichzeitig Anforderungen an Drehmoment, Verdrehwinkel und Lebensdauer erfüllt werden. Häufig sind mehrere Iterationsschleifen hinsichtlich Drahtdurchmesser, Windungszahl und Spulendurchmesser erforderlich, um Leistung und Einbaurahmen optimal abzugleichen.