Pro/E下螺旋掃描所生成彈簧的力學(xué)性能分析

sunshine1026

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,，彈簧的應(yīng)用十分廣泛，設(shè)計(jì)人員為了能夠力求真實(shí)準(zhǔn)確的反映結(jié)構(gòu),，在Pro/ENGINEER中一般使用螺旋掃描生成實(shí)體來描述彈簧,。這樣得到的彈簧在外形上和實(shí)際彈簧很接近，但力學(xué)性能和實(shí)際的彈簧相比有何差別,，對其進(jìn)行的模擬能否反映工作狀態(tài)的彈簧等卻一直沒有定論,。本文利用Pro/ENGINEER中的Pro/MECHNICA模塊，分析了壓簧的載荷－變形情況,，計(jì)算了自振頻率,，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。一,、創(chuàng)建壓簧的模型
    本文所述的實(shí)例利用螺旋掃描生成一個實(shí)體,，并模擬彈簧。彈簧長為60mm,，彈簧中徑為30mm,，材料直徑為5mm,，螺距為10mm,。這里可以在彈簧的上下兩端面加兩個平板，以便在Pro/MECHNICA下添加約束和載荷,。模型如圖1所示,。

圖1 彈簧模型

二、對壓簧進(jìn)行靜力分析
    這里可以利用Pro/MECHNICA模塊以對模型進(jìn)行靜力分析,。首先創(chuàng)建一個新的Static Analysis,，載荷和約束如圖2所示。然后在將彈簧下板的6個自由度進(jìn)行全約束,，并且在上板加1000N的載荷,。彈簧變形如圖3所示。變形量為12.1mm,。
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圖2 彈簧的載荷和約束

圖3 彈簧的變形

三,、對壓簧進(jìn)行模態(tài)分析
1 d, [7 c5 ^* Y* z/ h+ P5 P    這里我們可以利用P r o /MECHNICA模塊以對模型進(jìn)行模態(tài)分析。創(chuàng)建一個新的Modal Analysis,，進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)不需要加約束和載荷,，結(jié)果如圖4所示,。彈簧的自振頻率為17S-1，
四,、對壓簧進(jìn)行理論計(jì)算
9 i/ }: z4 ]1 }" R1 Q圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為：

, z$ y/ i5 J" ~4 G7 O6 y3 _共振驗(yàn)算公式為：

    其中,，f為工作載荷下的變形量(mm)， n γ 為彈簧自振頻率(Hz),，F(xiàn)為工作載荷(100N),，N為彈簧有效圈數(shù)是9，G是切變模量(71000MPa),，c為纏繞比c = D / d,，D為彈簧中徑(200mm)，d為材料直徑(16mm),。

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# l* E$ X, J+ K6 ?4 B  J8 O% ^% b- ]圖4 模態(tài)分析結(jié)果

    經(jīng)過模擬計(jì)算,，得出的結(jié)果是： f = 12.4mm

    由此可見，它們與利用P r o /MECHNICA模擬防真所得到的結(jié)果十分接近,。
1 H+ F* t6 u. }; p3 |+ n! \" G五,、結(jié)論
+ t) @' ]! ^! L  L# B! R( o) ]    通過比較Pro/MECHNICA與理論公式計(jì)算得到的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過螺旋掃描所得到的實(shí)體不但外形與實(shí)際壓縮（拉伸）彈簧非常接近,，其力學(xué)性能也很接近,，所以可以放心地用它來模擬靜態(tài)與工作狀態(tài)的壓縮（拉伸）彈簧。