[发明专利]一种模拟柔性体可旋转变形的发条弹簧模型

权利要求书

1.一种模拟柔性体可旋转变形的发条弹簧模型，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立空间直角坐标系，确定柔性体表面上任意点处安放的发条弹簧，其过程如下：

步骤1.1，建立空间直角坐标系，

在给定扭矩M作用下，在柔性体表面任意点O处安放一发条弹簧，在距离任意点O为r处设置一发条弹簧可旋转芯轴外侧点A₀，即r为发条弹簧可旋转芯轴半径，以任意点O为原点，射线OA₀所在方向为X轴正方向，建立XYZ空间坐标系；

步骤1.2，按圈设置发条弹簧，

其中，在第i-1圈发条弹簧外侧A_i-1点，悬挂厚度为h_i=h₁+(i-1)d的第i圈发条弹簧，其中h₁为第1圈发条弹簧的厚度，d为给定的常数且d>0，即第i圈发条弹簧是以原点O(0,0,0)为圆心，以为半径的圆，i=1,2,3,……S，S为自然数，

每圈发条弹簧的宽均为b、截面惯性矩弹性模量E取决于柔性体的材质，且柔性体材质均相同；

步骤2，确定任一圈发条弹簧所消耗的扭矩；

设定给定扭矩M的作用线与发条弹簧可旋转芯轴外侧点A₀处所在的圆相切，且在给定扭矩M作用下，如果柔性体中共有前P圈发条弹簧产生扭转变形，则第P圈发条弹簧称为变形截止圈；且P≤S，也就是发条弹簧的圈数至少等于P；

根据发条弹簧特性，设定：

前P-1圈发条弹簧上任意一点在给定扭矩M作用下，所消耗的最大扭转力相等且均为F₀；第P圈发条弹簧上任意一点在给定扭矩M作用下，所消耗的最大扭转力均相等，且不大于F₀；

步骤2.1，确定前P-1圈发条弹簧中，第i圈上所有点共消耗的扭矩M_i为：

Mi=F0·Ri=F0·(r+Σi=1ihi)]]>

步骤2.2，确定第P圈发条弹簧所有点共消耗的扭矩为：

MP′=M-Σi=1P-1Mi]]>

第P圈发条弹簧上任意一点在给定扭矩M作用下，消耗的最大扭转力为：

FP′=MP′RP=MP′r+Σi=1Phi]]>

步骤3，计算第i圈发条弹簧上所有点，在共消耗的扭矩M_i作用下，产生的扭转圈数n_i；

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

其中，l_i为第i圈发条弹簧的有效长度，其表达式如下：

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