Pro/E下螺旋掃描所生成彈簧的力學性能分析

sunshine1026

在結構設計中，彈簧的應用十分廣泛，設計人員為了能夠力求真實準確的反映結構，在Pro/ENGINEER中一般使用螺旋掃描生成實體來描述彈簧。這樣得到的彈簧在外形上和實際彈簧很接近，但力學性能和實際的彈簧相比有何差別，對其進行的模擬能否反映工作狀態的彈簧等卻一直沒有定論。本文利用Pro/ENGINEER中的Pro/MECHNICA模塊，分析了壓簧的載荷－變形情況，計算了自振頻率，并與理論計算結果進行了比較。一、創建壓簧的模型
* p8 J) z# i8 k$ t; ]. G0 b- M  A    本文所述的實例利用螺旋掃描生成一個實體，并模擬彈簧。彈簧長為60mm，彈簧中徑為30mm，材料直徑為5mm，螺距為10mm。這里可以在彈簧的上下兩端面加兩個平板，以便在Pro/MECHNICA下添加約束和載荷。模型如圖1所示。
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圖1 彈簧模型

二、對壓簧進行靜力分析
    這里可以利用Pro/MECHNICA模塊以對模型進行靜力分析。首先創建一個新的Static Analysis，載荷和約束如圖2所示。然后在將彈簧下板的6個自由度進行全約束，并且在上板加1000N的載荷。彈簧變形如圖3所示。變形量為12.1mm。

; e3 z7 X& ?4 {# h! w9 ]8 s: z8 p) n圖2 彈簧的載荷和約束

6 u2 @  t  I4 `  {& \& Q4 m圖3 彈簧的變形

三、對壓簧進行模態分析
) H9 i1 S# @) T4 t1 N7 ~- x    這里我們可以利用P r o /MECHNICA模塊以對模型進行模態分析。創建一個新的Modal Analysis，進行模態分析時不需要加約束和載荷，結果如圖4所示。彈簧的自振頻率為17S-1，
/ o) ]4 v' k7 V3 V9 x+ Y/ J四、對壓簧進行理論計算
' M. V" V3 K! Q+ }: |& Y( E圓柱螺旋壓縮彈簧設計計算的公式為：
2 f, H3 h. v8 P$ m8 x1 F5 z
共振驗算公式為：
  u# ]' k7 @  M: Y
    其中，f為工作載荷下的變形量(mm)， n γ 為彈簧自振頻率(Hz)，F為工作載荷(100N)，N為彈簧有效圈數是9，G是切變模量(71000MPa)，c為纏繞比c = D / d，D為彈簧中徑(200mm)，d為材料直徑(16mm)。
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; `- p: @( `! x- v; E圖4 模態分析結果

    經過模擬計算，得出的結果是： f = 12.4mm
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    由此可見，它們與利用P r o /MECHNICA模擬防真所得到的結果十分接近。
五、結論
    通過比較Pro/MECHNICA與理論公式計算得到的結果，可以發現：經過螺旋掃描所得到的實體不但外形與實際壓縮（拉伸）彈簧非常接近，其力學性能也很接近，所以可以放心地用它來模擬靜態與工作狀態的壓縮（拉伸）彈簧。