汽车座椅扭力杆设计校核

2018-12-29 20:41:06· 来源：汽车座椅系统

相信很多朋友对扭力杆的助力设计并不陌生，但是大部分座椅设计人员还是不会系统地去考量和设计扭力杆（Torsion bar）。今天我们就结合前几篇文章来谈谈座椅扭力杆的刚度计算和强度校核。

首先，我们建立扭力杆的受力模型，如下图：

现在假设扭力杆半径为r（m），长度L（m），在一端施加扭矩T（N*m）之后，扭力杆扭转角度为α（deg），扭力杆材料剪切模量为G（Pa）。

为方便计算，我们以角度定义α（deg），以弧度定义θ（rad）。取距离中心 x 处一个截面单元，故：

到这里，扭力杆的刚度计算公式已经推导出来了。下面，我们进行扭力杆的强度校核。对于扭力杆而言，我们需要对其扭转弹性极限进行校核。

我们选择一种中等材料来说明：由上表可知，该材料的弹性极限取平均值是0.6倍的抗拉强度，假设该材料抗拉极限是1560MPa。扭力杆上最大的扭转剪切应力是当x取r时，故

下面就通过两个例子来对比说明：

例1

例2

在满足操作力要求和防止齿轮受力反转的基础上（见前几篇文章说明），我们还要保证扭力杆的最大剪切应力不会超过其扭转弹性极限。例1满足要求，例2已经超过弹性极限，使用寿命会急剧下降，助力性能也会因为塑性变形而衰减。

我们再拓展一下，看看使用寿命与钢丝直径和钢丝长度的关系：

在相同扭转角度情况下，扭力杆的可扭转次数可以用以下公式表达：

从公式可看出，扭力杆的可扭转次数与钢丝直径成反比，与钢丝长度成正比。为了提高使用寿命，直径可选取小一些（直径小的棒材抗拉极限也会高一点），扭力杆有效长度可选取长一些。

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