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Pro/E下螺旋扫描所生成弹簧的力学性能分析
作者:航天科工集团四院 杨立新
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CAE/模拟仿真展厅
通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ...
本文通过Pro/MECHNICA对螺旋扫描生成的实体进行静力分析和模态分析,并与压簧的理论计算结果进行了比较,证明螺旋扫描实体在力学上十分接近实际弹簧。

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

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。


图1 弹簧模型

二、对压簧进行静力分析

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。


图2 弹簧的载荷和约束 图3 弹簧的变形

三、对压簧进行模态分析

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,

四、对压簧进行理论计算

圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的公式为:

共振验算公式为:

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)。


图4 模态分析结果

经过模拟计算,得出的结果是: f = 12.4mm

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。

五、结论

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。

原载《CAD/CAM与制造业信息化》杂志(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2006-3-29)
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