冲击载荷作用下螺旋弹簧.docx

文档介绍：冲击载荷下圆柱螺旋弹簧强度可靠性研究
1. 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，簧圈的运动将变人(3)式，并在［0-，0+】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：v'为冲击波沿弹簧丝的传播速度；卩为冲击体质量m与弹簧有效工作圈质量m之 s
比；
P ： 0
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
8kP D
T — max
max 兀d 3
3. 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；、
由弹簧的结构、 是
max max
随机变量的函数，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SOLIDwORKS2OO7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， 创建生成螺旋线，再通过绘制草图绘制螺旋弹簧截面，利用扫描命令完成圆柱螺旋弹簧的模 型。在COSMOSWORKS中为了合理的模拟弹簧的受力情况，在上述圆柱螺旋弹簧模型的两端分 别添加压板。以保证该弹簧所承受的力在法向。
操作步骤：
建立静态分析算例。 设定参数，包括材料、泊松比、质量密度、剪切弹性模量。
添加压缩螺旋弹簧的约束。 在压板面上施加法向力。
对模型进行网格划分。 网格划分(也叫离散划分)是将连续的模型剖分成有限单元。网格密度直接影响到结 果精度。随着网格的精细化，应力精度也提高了。网格单元越小，离散误差越低， 但相应的网格划分和求解时间越长。
生成计算结果。 圆柱螺旋弹簧截面所承受的主要是剪切力的作用，在计算结果中，进行抗剪应力 分析：选择yz基准面z方向，采用波节数值分析。生成抗剪应力云图。
通过抗剪应力云图可看出，圆柱螺旋弹簧的最大剪切应力值出现在内侧靠近上端第三圈 附近。
本文采用Mon te Carlo统计模拟方法来确定工
max
，计算求出相应的工 max
值：工，工 ，…，
max max1 max 2 maxn
布假设检验，便可确定工
max
律的详细过程与方法可参阅文献[7].
4. 分析计算例

max
度可靠度