组合形波形弹簧性能分析与研究

发布时间：2016-04-29 07:54

第 1 章 绪论

我国弹簧制造行业的发展始于 20 世纪 50 年代，至今具有一定规模和基础，大多数生产的波形弹簧 产品都具有比较好的性能，在不同工况下都能满足需求。波簧作为工业设备中的机械基础件，在如今这样的机械现代化工业社会中被用于各个领域甚至航空飞船中也会运用到波簧作为基础机械零件。弹簧的种类区分极其多样，按形状分，以涡卷弹簧，板弹簧，螺旋弹簧等为常见式。按受力性质的方面来区别的话，弹簧又可以分为弯曲弹簧，扭转弹簧和拉伸弹簧。按弹簧的制作工艺方式分还可分为热卷弹簧和冷卷弹簧。但是如今处理和计算机辅助设计的技术日渐发展，更多先进的功能也日益繁多，一种弹性性能部分更为强大的弹簧---波纹弹簧产生了。波形弹簧是由几个相同数量的波峰波谷沿圆形的方向按照弦型的方式进行上下波动而形成的薄片环状弹性金属或者其他材料构成的元件，一般是采用卷绕工艺( 也称无模具工艺) 或者在带材使用的专用机床下加工出来的高精度扁线压缩弹簧工艺，而不需要再使用传统冲压方式来加工，以免破坏金属晶粒的内部构造[2]。波形弹簧在工作状态下受到来自轴向的负载时，波峰和波谷之间会产生以轴向为主的相对位移导致弹簧的形变从而得到变形能，当弹簧所受的负载取消后，在变形能的作用下，波簧便可以复原到原来的形状，从而可以作为缓冲、补偿和减震等各种工况下所需要的要求。

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第 2 章 波形弹簧特性

2.1 波形弹簧简介

波形弹簧通常有三种结构类型[27]：(1) 单层波形弹簧；(2) 串联波形弹簧；(3) 并联波形弹簧。串联和并联波形弹簧结构均是以单层波形弹簧为基础的。单层波形弹簧按弹簧有无接口及接口形式分为整体型波形弹簧、开口型波形弹簧和搭口型波形弹簧，如图 2.1 所示，此种波形弹簧应用范围很广，因其小的变形及低-中力值，使得弹簧的功能十分精密可靠。波形弹簧在工作过程中，，波峰与波谷受压，致使弹簧直径向外扩展。整体型波形弹簧在受压的过程中会有一定的束缚，压力过大时可能会容易导致断裂，而缺口型波形弹簧和搭口型波形弹簧避免了断裂问题。

2.2 波形弹簧的设计计算

波形弹簧沿圆周方向的每个波形的形状都是相同的，也就是说这些波形是关于圆周轴线对称的，在研究波形弹簧的载荷-形变计算的过程中，可以取波形弹簧一个波长为研究对象，如图 2.10 所示。引用弯曲梁来研究波形弹簧的载荷-形变计算，忽略波形弹簧的周向曲率，将波形弹簧在与弹簧外径相切的垂直平面内展开，并简化为弯曲简支梁，如图 2.11 所示。

第 3 章 波形弹簧的参数化建模...........16

3.1 UG 软件介绍............................16
3.2 UG 产品设计的一般过程.......................16
第 4 章 波形弹簧的非线性分析.................21
4.1 有限元法................................21
4.2 结构非线性分析............................21
4.3 非线性分析基础...................................21
第 5 章 波形弹簧的动力学分析..................35
5.1 动力学分析基础...............................35
5.2 模态分析......................35

第 6 章 波形弹簧试验研究

6.1 试验目的

使用的测试设备为 YE5503 便携式振动校准仪，用于振动测量和结构动力学分析。更准确的固有频率，振型，模态阻尼，因此能够测量模态质量以及模态刚度。结果计算机模型可用于指导修饰以趋向于更完整和合理的有限元模型的模理论。改变所述逆问题的计算的灵敏度分析，它被计算，并且为了应对负荷确定结构力学。模式分析识别实际的结构中，“模态参数”求，通过对实验数据的处理和分析，以描述动态响应的状态下，利用所谓的“模态模型”的是识别可能的参数的方法。精华模式分析是一个坐标变换。其目的是为了描述，在所谓的“模态坐标系统”中是在物理坐标被描述成响应于原始矢量。坐标系统的每个基矢量是简单地特征矢量的振动系统。在该坐标，也就是，一组振动方程相互未结合方程，分别求解每个坐标系统中，有可能获得的结构参数的特定序列，描述振荡系统下列各种形式的振动那里。

6.2 试验装置

模式分析的方法是非常简化的数学系统，系统标识（系统识别），是为了简化模态模型参数的复杂的实际结构。它是可能的描述的最佳的实际结构，可望寻求适当的模型或模型参数来调整实际实验测量响应。学习无数点时工程振动系统，来描述一个完整的振动系统，并且只瞬间运动，具有质量和刚度分析的属性的连续的弹性体。因此，在理论上度系统的自由的所有号码属于他们需要由连续模型来描述无限。但是，它通常是简化的方法，它是不可能实际上这样做，部分浓缩的质量和弹性件的组成中，为了分析抽象未来模型系统，该模型的自由度的有限度我因数。如果 n 是一个简化系统模型的质量浓度，通常为系统自由度 N，需要是独立的坐标来描述的运动，所述 n 次系统的运动方程，每个常微分方程耦合到其他的。

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结 论

非标波形弹簧弹性元件，其性能最关心的是设计师和用户的一个问题。在本文中，波形弹簧，与理论计算和有限元分析和结合试验测试机，波形弹簧的特性用于研究为研究对象，得出以下结论：(1) 采用 UG 软件中自带的表达式功能以及规律曲线可以很好的将所推导的理论公式进行三维化的转变，从而方便简洁的建立出波形弹簧的三维模型，由于参数化的使用可以更方便的实现批量化的建模。大量的减少模型建模所花去的时间和精力。(2) 通过理论计算的方法将数据已经部分结果和有限元的方法结合到一起得到波形弹簧的各项数据，使用 YE5503 便携式振动校准仪对波形弹簧进行试验测试并得出相应的结果，结果表明：ANSYS Workbench 有限元分析结果与试验测试结果比较相近，误差在可接受的范围内，说明有限元法可以作为研究波形弹簧性能的一种有效方法。(3) 采用有限元分析法对相同结构参数的组合型并联波形弹簧和串联弹簧进行了非线性的分析。得到了两种不同的力学性能曲线。通过曲线分析得出与并联型波形弹簧相比，串联型与其一样在 2 秒受到约束的时候产生一个较大的受载。但与并联型不同的是，由于结构的不同，串联型波形弹簧的变形更大。所以代表串联型波形弹簧更适用于较大载荷的情况下使用，而并联型波形弹簧由于其结构更加紧密，所以适合用于安装空间小的环境下，具有降低噪音，减小振动的功能。
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参考文献（略）

本文编号：35115