Pro/E下螺旋扫描所生成弹簧的力学性能分析

sunshine1026

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。
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4 L. P6 ?+ |1 F
. E) V6 K5 f; I: r. F) Z# D% v; K9 f图1 弹簧模型

二、对压簧进行静力分析
$ T$ t; r! u- H! t    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。
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$ A) y% d8 h* C5 i4 b图2 弹簧的载荷和约束

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3 D) }+ p& ?) b2 z' O图3 弹簧的变形

三、对压簧进行模态分析
3 {1 U) x2 M9 r3 t4 Q( `  x. G" L    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，
- Z0 e. ^& Q4 g) F% r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：
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+ \. Z4 N9 ~" P% r' A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)。
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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。