文档介绍：冲击载荷下圆柱螺旋弹簧强度可靠性研究
引言:
螺旋弹簧受到冲击载荷时,特别是多股螺旋弹簧,由于有质量、惯性,再加上自身的谐振,钢丝材料的弹性变形、多股螺旋弹簧中钢丝与钢丝之间的相对滑移而产生的摩擦阻力等诸多因素,簧圈的运动将变得非常复杂。基于此,建立一套用于检测振动状态下螺旋弹簧任意簧圈的运动状态模型,用于揭示振动状态下螺旋弹簧任意簧圈的位移、速度、加速度随时间的变化规律,特别是用于检测冲击载荷下多股螺旋弹簧的内部变形规律。
以往对弹簧可靠性的研究,多集中在弹簧静强度可靠性和疲劳强度可靠性两个方面,,有大量的弹簧在冲击载荷作用下工作,工程上常简化成静载荷处理,,研究其受冲击载荷作用时的强度可靠性问题。
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应力分析:
静、动应力分析方法的选择原则
本文采用文献[5]的观点,即根据载荷增长速度对零部件的应力与应变的不同作用的理论分析,认为:当载荷增长时间大于该零部件最低的自振周期的3倍时,该载荷就可称为静载荷,此时可采用静力分析技术或方法;而当载荷值从0增加到最大值所经历的时间小于该零件最低自振周期的一半时,该载荷可视为冲击载荷,此时应采用动力分析技术或方法.
应力分析模型
静应力分析模型
圆柱螺旋弹簧在轴向静载荷P的作用下,其最大剪应力
式中:D为弹簧中径;d为弹簧钢丝直径; 为曲度率数,其值由下式求出:

动应力分析模型
考虑图1所示受轴向冲击载荷P(t)作用的质量、弹簧和阻尼系统,其动力学微分方程为
由于冲击载荷P(t)的作用时间r很短,故可近似认为
(4)式代人(3)式,并在[,】区间积分可求得冲击瞬问的冲击速度
出于作为冲击体的系统质量块始终与弹簧保持接触,此时最大冲击载荷发生在冲击端,即质量块与弹簧的接触端,其值可按下式计算:
式中:为冲击波沿弹簧丝的传播速度; 为冲击体质量与弹簧有效工作圈质量之比;
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式中:n为弹簧有效工作圈数;G为弹簧丝的剪切弹性模量.
从而可确定弹簧的最大冲击剪应力
应力分布规律的确定
对于大批量生产的弹簧而言,其结构、性能参数均为随机变量,服从一定的统计分布规律;、、,也为随机变量.
圆柱螺旋弹簧在使用中出现的失效原因多为疲劳断裂,为了克服疲劳断裂失效,则需要准确的分析最大应力值及其出现的位置。为了准确的分析圆柱螺旋弹簧的应力分布,且便于直观观察,可以采用有限元分析方法,借助于COSMOSWORKS软件对弹簧进行分析计算。
在SOLIDwORKS2007中采用绘制草图,绘制螺旋线基准圆;采用[螺旋线/涡状线]命令,创建生