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。

3 _3 C, ?: b! i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。

0 X0 Q+ d9 s2 ]5 p8 r" Z3 Y

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。
9 x8 }- ^: G" N% T8 v+ m; a
/ i. F5 I7 B2 K4 L/ P* c% l

图1 弹簧模型
2 X" j* Z4 Q8 U# x

9 S! i. \6 o, }& l) y* x
, g4 b- p. u6 w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。
+ ]8 }9 T; a3 `


, \& L" D* Y) Z6 T7 R图2 弹簧的载荷和约束


4 Z5 e4 m0 S% t% X! {3 B
4 K' v& [3 `/ ]4 U( X6 `; U$ A图3 弹簧的变形


! V' \" @2 p( P+ m
) C  ^+ v$ m7 _1 e% r6 C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，



7 Y. T5 Q  V. m' s圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的公式为：



+ R: j+ h' o( j+ |' F( J$ [
0 X, w5 ]) _# c( y7 [
' x, _0 i$ h7 Z( ^5 D& L共振验算公式为：

$ n0 |% k  V2 H$ L' c
7 i# I! e# n9 e8 L2 z; _$ [7 a
8 i( E1 q; h) e  l8 z& l

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)。



图4 模态分析结果

, q, m: ^, E  b$ i- L% b9 v' M4 i, I经过模拟计算，得出的结果是： f = 12.4mm
* ]  O. M* j9 \2 G9 G) Y$ G


9 k1 T. O3 H2 |( h  Y; b
/ Q, P3 f/ \8 [& j( R
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。
( N$ Z. [& ]3 P, q" X5 F  N7 k& T$ e


2 u4 i# e) B' p  u2 s# G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。