冲击载荷作用下多股簧动态特性试验研究

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1、冲击载荷作用下多股簧动态特性试验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：田波指导教师：王时龙教授专业：机械制造及其自动化学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一四年五月ExperimentalStudyofDynamicCharacteristicsofStrandedWireHelicalSpringsunderShockLoadAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringB

2、yTianBoSupervisedbyProf.WangShilongSpecialty:MechanicalManufacturing&AutomationSchoolofMechanicalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要多股螺旋弹簧（简称多股簧）是由多股钢丝拧成多层同轴同螺旋方向的钢索后卷制而成的圆柱螺旋弹簧。与单股螺旋弹簧相比，多股簧具有可靠性高、寿命长以及减振效果好等特点，特别适合在高速冲击和振动环境下使用，已受到越来越广泛的关注

3、。多股簧作为减振元件主要应用于航空发动机、自动武器发射系统、车辆减震器和高精度仪表的关键复位零件等领域。多股簧结构非常复杂，各股钢丝之间复杂的接触摩擦导致多股簧的静、动态响应具有显著的非线性特点，如非线性刚度、非线性阻尼、迟滞特性等，但也使多股簧动态响应的研究比较困难。多股簧在往复运动中用作复进簧时，主要承受高速冲击载荷，弹簧变形速度很快，变形及应力分布很不均匀。目前，国内外学者研究多股簧的比较少，一般都是基于静态载荷模型，对冲击载荷下多股簧的动态响应分析及动态特性的研究较少。因此，本课题组研发了一套多股螺旋弹簧的动态参数检测设备，检测多股簧在高速

4、冲击条件下的动态运动参数。本文旨在通过完善多股簧动态参数检测设备及相关理论，分析多股簧钢丝的受力及变形，建立相应的多股簧冲击载荷响应模型，在理论研究与试验相结合的基础上对多股簧受冲击载荷时的动态响应特性展开研究。主要研究工作如下：①根据钢索拧紧前后受力特性的不同，对多股簧钢丝进行受力及变形分析；并结合第三强度理论和冲击动力学理论对钢丝进行强度校核，分析多股簧所能承受的极限冲击载荷和极限冲击速度；该研究结果不仅为后续的冲击试验提供条件，也可以指导多股簧的参数设计。②根据对强非线性刚度的不同处理，建立了多股簧的冲击载荷等效线性模型和非线性改进模型；同时

5、将改进LP法的参数变换原理运用到多尺度法中，求解非线性模型的响应，为后续的试验分析提供理论基础。③针对多股簧动态参数检测设备原数据采集方案的不足，基于Windows高精度计数器和相应的数据采集卡驱动函数，开发了Windows界面下的数据采集系统控制软件，实现了微秒级数据采集与实时控制，完善了该设备的数据采集系统。④结合理论研究和改进后的多股簧动态参数检测设备，对多股簧进行冲击载荷特性试验研究，分析多股簧受载后的位移、速度及加速度的响应及内部运动规律，以及冲击载荷下的多股簧的阻尼及刚度动态特性。关键词：多股螺旋弹簧，冲击载荷，非线性特性，摄动法，数据

6、采集系统I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTAstrandedwirehelicalspring,alsomulti-strandspringforshort,isnormallyreeledbyamultilayerandcoaxialstrandthatismadeupofseveralsteelwires.Duetotheadvantagesofhigherreliability,longerlifeandbetterdampingeffectcomparedwithconventionalsinglewirehelicalspri

7、ngs,thespringisespeciallysuitablefortheenvironmentofhighspeedimpactandvibration,andisbeingmoreandmoreextensivelyinterested.Asadampingelement,it’smainlyusedinthefieldofaeroengine,automaticweaponslaunchingsystems,vehicleshockabsorberandkeyresetpartsofhigh-precisioninstrument.Ast

8、hecomplicatedstructureofspring,thecomplexcontactfrictionbetwe