基于ProE的圆柱螺旋弹簧仿真

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1、万方数据f_词一遣业信息化凹皿四圆皿—墨墨田圆基于Pm／E的圆柱螺旋弹簧仿真刘斌，储伟俊(解放军理工大学，南京210007)摘要：用Pro／E对具有挠性的螺旋弹簧进行仿真，弹簧的几何造型精确，与实际弹簧的力学性能极其接近。关键词：弹簧；Pro／E；螺旋扫描；有限元；自振频率：三维造型中图分类号：THll4：TP3919文献标识码：B文章编号：1∞2—2333(2007)09—0114一02弹簧是一种在汽车、航空、仪表、家电等领域应用非常广泛的零件，随着设计技术的发展，目前大量的cAD软件都可以方便地建立弹簧的精确三维实体模型。与一般的机

2、械零件相比，弹簧具有一定的挠性和复杂的外形，该模型在静力学和动力学有限元计算中，是否可以被应用，尚待进一步的证明。Pro／E是一个全参数化设计、全相关性设计、基于特征的实体建模的三维实体建模软件，本文通过Pro／E建立了YI型圆柱螺旋压缩弹簧的模型，利用其结构分析模块Pro／MECHNIcA对上述的实体模型进行了静力分析和模态分析，并与弹簧的常规计算结果进行了对比，结果表明Pro／E中建立的弹簧三维实体模型与实际弹簧的力学性能极其接近。l建立YI型圆柱螺旋压缩弹簧三维实体模型图l所示是一YI型圆柱螺旋压缩弹簧，两端并紧并磨平。弹簧中径D

3、：=25mm，钢丝直径d=5．5mm，螺距￡=8．5mm，圈数n=9，总圈数n1_11，材料为碳素弹簧钢丝Ⅱ。。最大工作载荷P=1372N，极限工作载荷只=1538．6N，重度7-7×10’5N艋m3，剪切模量G=82677N／mm2，重力加速度g=9800mIIl／s2。该弹簧可以分成三部分，中间工作部分有9圈，螺距8．5mm；另外两端各有1圈，由于并紧的原因，螺距5．5mm。因此弹簧可以由三段螺距不同的螺旋体组成。利用Pro／E的螺旋扫描方式建立弹簧的精确立体模型是可行的。在Pro／E的零件模式下，单击图标按钮溺，或直接使用快捷键c

4、trl+N，打开“新建”对话框。在主菜单中单击“插入”一“螺旋扫描”一“伸出项”，弹出“伸出项：螺旋扫描”对话框(图2)。定义属性，选择“常数”一“穿过轴”一“右手定则”一“完成”(图3)；定义扫引轨迹，扫引轨迹长76．5mm，单击鬻(图4)；输入节距值8．5mm，单击国；定义截面，单击i谚j(图5)。单击“伸出项：螺旋扫描”对话框中的“确定”按钮，完成弹簧中间主体部分的建模(图6)。以同样方法，再完成弹簧两端并紧部分。在建立三段螺旋扫描实体时，属性定义不可以“选择轨迹法向”，必须选择“穿过轴”，否则，三段螺旋扫描实体的连接处会出现图7

5、所示错开的情形，原因是三段螺旋线轨迹连接处导数不同。参数化设计程序，具有很大的工程设计实用价值，可广泛用于机械、建筑等行业，是计算机辅助设计及软件开发者的最佳选择。[参考文献][1]江思敏，曹默，胡春江．0bjectARx开发工具与应用实例[M]．北京：人民邮电出版杜，1999．[2]李世国．AutoCAD高级开发技术ARx编程与应用[M]．北京：人114l机械工程师2007年第9期民邮电出版社，1999．[3]李慧丽，等．基于MFc的0bjectARx应用程序开发[J]微机发展，2003(5)：71—73．(编辑昊天)作者简介：张英杰

6、(1977一)，女，硕士，讲师，主要从事cAD／cAM、cAI教学和科研工作。收稿日期：2007一07—26万方数据嗣遗业信息他嗣囫墨圈墨—嘧盔圆圈幽在弹簧两端分别作拉伸实体，与弹簧相交，切除多余部分，即可得到两磨平端。为便于Pro／MEcHNICA下添加约束和载荷，在模型一端，添加一直径30．5mm圆板。2弹簧的力学性能分析2．7弹簧的变形圆柱螺旋压缩弹簧在压力作用下，沿轴向缩短，变形量的计算公式⋯为：A：弊(1)bd’式中：弘载荷，N；G一剪切模量，N／mm2。图8是弹簧上端圆板为10mm时，变形量模拟计算的结果。图9表明两种方法计

7、算的变形量与载荷呈线性关系，与Hoke定律相符。随着载荷的增大，两者的计算结果差距变大，且式(1)计算值要小。这是由于式(1)忽略了剪力的影响，实际上弹簧在载荷的作用下，弹簧丝内同时存在剪力和扭矩，剪力引起的变形与扭矩引起的变形相比数值很小，但它们对变形都有贡献，随着载荷的增大，剪力引起的变形量增大的绝对值也加大。2．2弹簧的轴向自振频率厂弹簧两端固定时，自振频率眨，_}、／鲁=百表了、／等(2)m。一弹簧工作部分质量，kg；F，一弹簧刚度，N／mm2。弹簧一端固定、一端自由时，自振频率产}、／鲁=甭岳i、／等(3)弹簧一端固定，一端自

8、由，且有负重物Ⅲ：户、／生(4)Vme其中当量质量[2】：m，：4耵z(坠里e堕)(5)g形一弹簧承受的载荷或重量，N；肜。一弹簧自身的重量，N。图10是弹簧两端固定的模态分析结果，轴向自振频率，=333．