|
|
在结构设计中，弹簧的应用十分广泛，设计人员为了能够力求真实准确的反映结构，在Pro/ENGINEER中一般使用螺旋扫描生成实体来描述弹簧。这样得到的弹簧在外形上和实际弹簧很接近，但力学性能和实际的弹簧相比有何差别，对其进行的模拟能否反映工作状态的弹簧等却一直没有定论。本文利用Pro/ENGINEER中的Pro/MECHNICA模块，分析了压簧的载荷－变形情况，计算了自振频率，并与理论计算结果进行了比较。一、创建压簧的模型
4 H. L2 `$ @: W& } 本文所述的实例利用螺旋扫描生成一个实体，并模拟弹簧。弹簧长为60mm，弹簧中径为30mm，材料直径为5mm，螺距为10mm。这里可以在弹簧的上下两端面加两个平板，以便在Pro/MECHNICA下添加约束和载荷。模型如图1所示。9 ^. r2 g+ e- d7 O# |0 X* P
. t7 B# w- L2 X7 \. D" m; f
) B7 Z6 L C5 V4 d# ^9 d图1 弹簧模型
+ Y6 B4 o9 u0 Y, ]; q/ [ 这里可以利用Pro/MECHNICA模块以对模型进行静力分析。首先创建一个新的Static Analysis，载荷和约束如图2所示。然后在将弹簧下板的6个自由度进行全约束，并且在上板加1000N的载荷。弹簧变形如图3所示。变形量为12.1mm。
s! |0 a5 v/ c; @( T
* p8 Q/ y! s! R- t5 H1 s: r; E# w2 C+ U, k1 a2 [* l8 z
图2 弹簧的载荷和约束  & d5 p- e: ]9 y9 G+ c
8 |0 j {8 N8 S" r" I图3 弹簧的变形
这里我们可以利用P r o /MECHNICA模块以对模型进行模态分析。创建一个新的Modal Analysis，进行模态分析时不需要加约束和载荷，结果如图4所示。弹簧的自振频率为17S-1，) E1 b3 B5 W3 o$ }
四、对压簧进行理论计算/ W) w$ V# i0 O( }$ ~3 I
圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的公式为：
" c. [6 c" g. O. w
6 L" n7 r1 m- M5 m; i共振验算公式为：; J+ F' ^9 t. S' h# ^% G
$ o% R' K* I E# u 其中，f为工作载荷下的变形量(mm)， n γ 为弹簧自振频率(Hz)，F为工作载荷(100N)，N为弹簧有效圈数是9，G是切变模量(71000MPa)，c为缠绕比c = D / d，D为弹簧中径(200mm)，d为材料直径(16mm)。
; r1 `# }$ y9 t, Z- V
) o4 _" w8 z- S/ U6 O8 S" A) E- @$ x7 f( j6 M0 V% i0 u7 I
图4 模态分析结果
由此可见，它们与利用P r o /MECHNICA模拟防真所得到的结果十分接近。6 G/ F; e, D' a/ L
五、结论
6 P' u( {& z' f1 x 通过比较Pro/MECHNICA与理论公式计算得到的结果，可以发现：经过螺旋扫描所得到的实体不但外形与实际压缩（拉伸）弹簧非常接近，其力学性能也很接近，所以可以放心地用它来模拟静态与工作状态的压缩（拉伸）弹簧。 |
|
发表于 2008-8-6 13:53:11
