EN
В отличие от срезающих напряжений в растяжимых/сжимаемых пружинах, витки торсионных пружин испытывают изгибные напряжения при работе, а точка концентрации напряжений расположена на внутренней стороне витка. При расчете необходимо дополнительно учитывать поправочный коэффициент кривизны и допустимые изгибные напряжения материала; формулы более сложные. В условиях высокого крутящего момента напряжение на внутренней стороне витка очень вероятно превысит предельное значение — это зона повышенного риска усталостного разрушения.
Теоретически угол закручивания пропорционален крутящему моменту. Однако при реальном закручивании на большой угол диаметр витков пружины уменьшается, а количество эффективных витков изменяется, что приводит к отклонению крутящего момента от теоретического значения. В высокоточных областях применения, таких как прецизионные приборы и регулирующие клапаны, требуется многократная итеративная корректировка диаметра проволоки и параметров витков, что обуславливает высокие затраты на отладку.
Витые торсионные пружины подразделяются на левоходные и правоходные. Рабочее направление закручивания должно соответствовать направлению винтовой линии пружины (при совпадении направления закручивания с направлением винтовой линии пружина плотно охватывает оправку, а крутящий момент остаётся стабильным). Неправильный выбор направления винтовой линии приводит к непосредственному увеличению диаметра витков, резкому падению крутящего момента и даже к отрыву рычага закручивания и отказу пружины.
Корень, соединяющий торсионную рукоятку и спираль, представляет собой вторую основную зону концентрации напряжений, где при длительном многократном кручении возникает повышенный риск разрушения. Необходимо оптимизировать переходный радиус скругления, длину торсионной рукоятки и угол её опоры для обеспечения баланса между эффективностью передачи усилия и сроком службы на усталость. Стоимость моделирования напряжений и верификации для торсионных рукояток нестандартной формы выше.
В большинстве сценариев применения доступное пространство для установки ограничено. В рамках заданных пределов внутреннего диаметра, внешнего диаметра и осевой длины необходимо одновременно удовлетворять требованиям по крутящему моменту, углу кручения и сроку службы. Часто требуется несколько итераций подбора параметров: диаметра провода, количества витков спирали и диаметра спирали — для достижения баланса между эксплуатационными характеристиками и габаритами установки.