|
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
6 p/ {) O% E+ @ 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。: f8 u* n# R# E+ s
& I( W5 Q7 G% W, P9 _1 M1 ]
& L, S) U1 V& _2 C1 K
图1 弹簧模型 二、对压簧进行静力分析
2 ^0 \! I5 q s" O- 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。
, s7 Z' o6 l0 @8 ?# V
# k) ^, ~2 i4 ^! M) \8 U8 q1 {) J! Y1 A. r6 T" K8 i4 X0 G$ V
图2 弹簧的载荷和约束
+ G8 I7 B- b0 [4 P9 y1 J0 l7 f+ V) ]
图3 弹簧的变形 三、对压簧进行模态分析# X3 _; R2 F1 j* R9 e$ J) t
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-1,1 c/ t- E* E$ u0 |0 @! r* Q
四、对压簧进行理论计算
$ `5 W8 s! a' g N! A0 Y/ |圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的公式为:2 o& {2 x$ j Q! P$ a
3 u& ~5 m8 ]# X/ h6 O4 K0 @5 t* e共振验算公式为:; d/ d9 o7 Y1 N
" i7 b H6 o+ r7 c$ J9 @
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)。
$ l4 Z0 a) t" e) U+ p8 @6 x3 A) X. c2 N4 i4 V
0 N6 I1 J1 I! t$ l" @图4 模态分析结果 经过模拟计算,得出的结果是: f = 12.4mm
6 | @$ O% i p$ n% i$ R. f% P8 Z6 _* { 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。& ]& C0 |1 @1 E$ J* O# y* _
五、结论
m6 o! @0 j8 E* E 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。 |
|