Pro/E下螺旋扫描所生成弹簧的力学性能分析_AutoCAD教程新中国展示论坛

本文通过P r o /MECHNICA对螺旋扫描生成的实体进行静力分析和模态分析，并与压簧的理论计算结果进行了比较，证明螺旋扫描实体在力学上十分接近实际弹簧。

- M7 B& u% p0 T% `* o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。

& W$ k8 N6 @5 F6 T$ p

1 n" P- q7 _3 \. [/ _1 F1 a& h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。



3 h$ R2 S1 @" U7 W3 Q0 i+ |图1 弹簧模型
$ e: ^3 E9 o( W( D! e
& q9 ]7 n8 Q* J( b2 p6 h
, X( ^$ b2 U( \4 q
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。
0 u3 Z0 p! D5 @3 N9 {* p6 v


图2 弹簧的载荷和约束
0 A3 R) B4 b9 n- O5 p9 a

$ g2 u8 I, m) c3 d5 S
图3 弹簧的变形
( u7 Z* d; E/ S4 O% z3 X


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，
! H# L  E; q) l# ^' b$ n5 ?
( l& ~: U* F2 a
: l' f. a# y8 ^$ m* `4 O% R3 s+ j
# _6 r% w0 O' E3 H圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的公式为：

* V- a5 F! Y* \8 w. D, L
6 {# X( H3 B) w# G1 {) n( T9 X

# O1 ~% A1 x0 C* k0 m- H
/ y+ _7 b8 `8 G' r3 R共振验算公式为：
$ w/ s8 A& L9 c$ D9 k7 j2 f+ L
; G. c. z3 T* H; ]; M6 A  H

) D& p- C7 z2 w4 b7 R4 K1 B, Q) s# ?
1 s1 h  l, m& P* k1 c
# H* [- o* W' q+ k! k% q! d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)。

0 P: n: q% D. f' R  \1 u6 R$ H

, B2 t1 y8 f2 Z7 x  B' _图4 模态分析结果

: n4 I( X; t) B( t9 P经过模拟计算，得出的结果是： f = 12.4mm

$ m3 d4 G# v% R8 F4 [% {


' ]6 s$ B/ E) F2 h. v
% G1 L8 D/ I! r# M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。



6 F+ B2 I. K7 c3 |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。