弹簧刚度是载荷增量dF与变形增量dλ之比,即产生单位变形所需的载荷,弹簧的刚度计算公式为F=dF/dλ——360百科。
建立如下的弹簧模型,参数为:中径D=ϕ40mm,线mm(无间隙弹簧),弹簧材质为碳钢,切边模量G=80000MPa,屈服强度为250MPa,弹性模量E=200000MPa,泊松比为0.3。
根据以上参数,可以通过以下公式(参考GB/T1239.6)计算弹簧的刚度M’(单位弧度的扭矩)。带入以上数据,可求得弹簧刚度M’= 6153.85N·mm/rad。
对弹簧建立如下的力学边界条件,其中一个端面固定,另一个端面施加绕弹簧中心轴线的扭矩(注意如果世界坐标没有位于弹簧模型的中心线,需要另外建立一个位于该位置的坐标系)。
重点介绍一下后处理,如何获得弹簧的扭转刚度。这里需要通过用户自定义结果来求解,如前面一样,需要一个位于弹簧模型中心轴线位置的坐标系,各变形结果均建立在该坐标系。比如笔者的模型坐标系,z轴为中心轴向,那么要得到绕着中心线的扭转角就需要求得圆周切线方向的位移,再除以半径就可以得到扭转弧度了。而获得圆周切线方向的位移只需分别得到x轴和y轴的位移,再在求平方和的根即可。具体操作如下:
本案例计算了两组扭矩分别为200N·mm和400N·mm,计算结果如下,弹簧刚度为6239 N·mm/rad,与公式计算相比相差了1.4%。