[發明專利]一種模擬柔性體可旋轉變形的發條彈簧模型

有效

• 申請號: 201310713728.4
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103714205A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 張小瑞;朱建棟;孫偉;宋愛國;牛建偉;楊松;朱哲夫
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種模擬柔性體可旋轉變形的發條彈簧模型，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，建立空間直角坐標系，確定柔性體表面上任意點處安放的發條彈簧，其過程如下：

步驟1.1，建立空間直角坐標系，

在給定扭矩M作用下，在柔性體表面任意點O處安放一發條彈簧，在距離任意點O為r處設置一發條彈簧可旋轉芯軸外側點A₀，即r為發條彈簧可旋轉芯軸半徑，以任意點O為原點，射線OA₀所在方向為X軸正方向，建立XYZ空間坐標系；

步驟1.2，按圈設置發條彈簧，

其中，在第i-1圈發條彈簧外側A_i-1點，懸掛厚度為h_i=h₁+(i-1)d的第i圈發條彈簧，其中h₁為第1圈發條彈簧的厚度，d為給定的常數且d>0，即第i圈發條彈簧是以原點O(0,0,0)為圓心，以為半徑的圓，i=1,2,3,……S，S為自然數，

每圈發條彈簧的寬均為b、截面慣性矩彈性模量E取決于柔性體的材質，且柔性體材質均相同；

步驟2，確定任一圈發條彈簧所消耗的扭矩；

設定給定扭矩M的作用線與發條彈簧可旋轉芯軸外側點A₀處所在的圓相切，且在給定扭矩M作用下，如果柔性體中共有前P圈發條彈簧產生扭轉變形，則第P圈發條彈簧稱為變形截止圈；且P≤S，也就是發條彈簧的圈數至少等于P；

根據發條彈簧特性，設定：

前P-1圈發條彈簧上任意一點在給定扭矩M作用下，所消耗的最大扭轉力相等且均為F₀；第P圈發條彈簧上任意一點在給定扭矩M作用下，所消耗的最大扭轉力均相等，且不大于F₀；

步驟2.1，確定前P-1圈發條彈簧中，第i圈上所有點共消耗的扭矩M_i為：

Mi=F0·Ri=F0·(r+Σi=1ihi)]]>

步驟2.2，確定第P圈發條彈簧所有點共消耗的扭矩為：

MP′=M-Σi=1P-1Mi]]>

第P圈發條彈簧上任意一點在給定扭矩M作用下，消耗的最大扭轉力為：

FP′=MP′RP=MP′r+Σi=1Phi]]>

步驟3，計算第i圈發條彈簧上所有點，在共消耗的扭矩M_i作用下，產生的扭轉圈數n_i；

ni=Mili2πEIii=1,2,3,...,P-1MP′li2πEIii=P]]>

其中，l_i為第i圈發條彈簧的有效長度，其表達式如下：

li=2π(R1+R2+···+Ri)i=1,2,3,...,P-12π(R1+R2+···+RP-1)+MP′F0i=P.]]>