等节距截锥涡卷螺旋弹簧

截锥涡卷螺旋弹簧静力摘要非NGUAGE容易根据特定设计要求更改，进而为截锥涡卷弹簧的设计提供了数值分析模拟的一定参考。关键词:有限元仿真,等节距截锥螺旋压缩弹簧,大变形，非线性，模态分析，接触分析，变刚度能力和寿命都有着极其重要的作用。现代的数值仿真方法为弹簧的设计提供了一个新的平台，可以模拟各种弹簧在各种工况下的静力状态和动力学响应。弹簧圈完全压并为止，这种弹簧的刚度是变值，所以自振频率也是变值，有利于防止共振，因而多用于需要减震的场合。ANSYS为技术支持平台，讨论了等节距截锥涡卷螺旋弹簧的刚特性以及动力特性。本文中用到的主要变量及其物理意义和具体数值如下表：物理意物理意义弹簧节距弹簧最内层半径弹簧最外层半径弹簧有效圈数弹簧板厚度弹簧板宽度重物重力变量符号tr1r2nabF值51、弹簧刚度求解(1)截锥涡卷螺旋弹簧及其特性线Tt≈FR：21t21t21矩形截面材料，由于b/a=7，查表则相当极惯性矩近似取为It≈0.3ba3iRRb(2)(2)载荷Fi与变形fi的关系12错误!未找到引用源。1221n到引用源。的力：2221n5的力：3221n5误!未找到引用源。的力：4221错误!未找到引用源。的力：5221第五圈接触底面式所施加的力(即完全压并时所施加的力)：a、b——截锥涡卷螺旋弹簧弹簧板材料厚度和宽度R2——为弹簧最外层的半径t——为弹簧节距nz——弹簧支撑圈数R1——为弹簧最内层的半径n——为弹簧的有效圈数F——弹簧所受外荷载(重物重力)等节距截锥涡卷螺旋弹簧，各参数详见表1nnnz标不变。为了减少实体模型的面积的个数，以使后面的加载工作更加方便，利用LCOMB在曲线的一端建立弹簧实体的截面，通过拖拽操作，将截面沿着空间阿基米德曲线拖弹簧总高度为48mm，共5圈，加上连接圈(1.5圈)为6.5圈。建立的阿基米德螺旋线如下图所示。空间阿基米德螺旋线实体模型SOLID45八节点六面体单元将实体模型剖分，获得有限元模型，如下图。本本问题中，大变形和接触问题是导致问题非线性的两个因素。其中接触问题是高度非线性的而且在求解过程中需要占用大量的计算机资源，因此对接触的设置应当慎重。弹簧被“压平”是采用接触分析。在弹簧底部创建一平板(厚为6mm)然后利用DOF命令约束底面接触面位移和平板的上下两面的个各方向位移。力的大小24210N等效为面力118583293.2N/M2施加于上接触圈(有为底板上表面，接触面为弹簧的各下底面。接触分析如下图所示。(1)、模态分析模态分析中，对于等节距截锥涡卷螺旋弹簧，边界条件为约束使弹簧最下面的连接面可达到与材料弹性模量相当的值。涉及到大变形非线性问题，所以在求解时将大变形开关打开，NLGEOM，ON。设置求解类见前述边界条件问题分析。模态分析求解固有频率在对阿基米德弹簧进行模态分析过程中，计算前三阶模态。利用PLDISP，2命令显示模态和弹簧原始形状。并且利用ANMODE,10,0.15,,0语句形成动画显示，从而可以清晰而直观的了解弹簧的前三阶模态，如下图所示利用*GE命令求出弹簧前三阶模态对应的固有频率，弹簧的前三阶固有频率经过计算前三阶模态描述：通过动画显示，可以看到，第一阶模态为沿着X方向弹簧的横向震Z后震动。第三阶模态为沿着XOZ平面二四象限方向经过对系统进行模态分析，有限元模拟得到，系统固有频率，即一阶主频为2.72Hz。也是可行的，而且非常简单，同时也验证了数值模拟的准确性。静态分析求弹簧特性曲线从弹簧刚度位移曲线可以看出，再受力最初阶段，弹簧处于线性阶段，之后随着加载刚度逐能有部分弹簧底部圈接触致使刚度变大，即若第一荷载步作用力若较1210小些，结果会更精准。与理论值的相对误差为3.8%,误差较小。说明之前的理论解法是可行的，而且也进一步验证了数值模拟的可信度。的前三阶模态和固有频率和静力分析。解决了以下几个问题：1.绘制弹簧的特性曲线(荷载-变形曲线)，并给出弹簧的刚度曲线图(刚度-变形曲线)；2.在弹簧顶端施加一质量块，计算质量弹簧系统在压并前的自振频率。(认为质量块与弹簧连接完好)；3.手算弹簧刚度及质量弹簧系统在压并前的自振频率，将结果与有限元结果对比；4.在实际应用过程中存在质量块偏心压弹簧的情况，如何防止偏心。参考文献2.ANSYS7.0分析实例与工程应用.机械工业出版社.邢静忠,王永刚,陈晓霞等3.弹簧设计手册。上海科学技术文献出版社.汪曾祥,魏先英,刘祥至4.ANSYS参数化编程与命令手册.机械工业出版社.龚曙光,谢桂兰,黄云清5.变刚度螺旋弹簧的设计方法和精确建模初探.中国机械工程第13卷.第13其.祁宏钟,雷雨成,冯晋祥6.大螺距圆锥形弹簧受横向力时的挠度刘东旭，刘志刚现代机械1995年6月第3期7.等螺旋升角截锥螺旋弹簧朱炎，朱琪，郑方芳2010年全国弹簧学术会论文集8.机车车辆截锥螺旋压缩弹簧减震设计与研究凌凯夫，刘建秀，毛蔚，王军湖南工业大学9.基于ANSYS的变刚度螺旋弹簧优化设计石丽娜，曾红，刘淑芬辽宁工业大学学报模态分析：FINILEL,i,i+1L,I,I+1ENDDOL,I,I+1ENDDOLCOMB,2*I-1,2*I,0ENDDOLCOMB,2*I-1,2*I,0ENDDOLCOMB,2*I-1,2*I,0ENDDOLCOMB,4*I-3,4*I-1,0ENDDOENDDOENDDO6,,,,,,511,,,,,,936,,,,,,2961,,,,,,4986,,,,,,6991,,,,,,7396,,,,,,77VADD,ALLTSHTYPE,3MAT1REAL,1ESYS,0DA,157,ALLANTYPE,MODALSHSCALARSCALARTYPE,3在最顶端的顶点处MAT1REAL,1ESYS,0IRXYZSCALARSCALARSCALARRRRFINILEL,i,i+1L,I,I+1ENDDOL,I,I+1ENDDOLCOMB,2*I-1,2*I,0ENDDOLCOMB,2*I-1,2*I,0ENDDOLCOMB,2*I-1,2*I,0ENDDOLCOMB,4*I-3,4*I-1,0ENDDOENDDOENDDO6,,,,,,511,,,,,,936,,,,,,2961,,,,,,4986,,,,,,6991,,,,,,7396,,,,,,77VADD,ALLTTSHCM,_ELEMCM,ELEMCM,_LINECM,LINEA