同心渐开线型柔性弹簧的优化设计.pdf

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1、·信息技术·周梦来，等·同心渐开线型柔性弹簧的优化设计同心渐开线型柔性弹簧的优化设计周梦来。魏民祥，黄护林(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016)摘要：柔性板簧对于太阳能斯特林发电机的间隙密封和活塞的轴向定位起到了决定性的作用在总结了国内外柔性弹簧研究的基础上，针对同心涡旋型柔性弹簧，利用WB(workbench)对板簧参数化模型进行了有限元分析，比较了板簧截面各参数对板簧最大应力和固有频率的影响以板簧的行程为限制和板簧的最大应力为设计目标．对柔性弹簧进行尺寸优化。关键词：自由活塞式斯特林发动

2、机；柔性弹簧；轴向刚度；固有频率；参数化建模；优化设计中图分类号：TH135文献标志码：B文章编号：1671．5276(2015)05-oo80．05OptimizationDesignofConcentricandInvoluteFlexureSpringZH0UMenglai．WEIMinxiang．HUANGHuling(CollegeofEnergyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing2100

3、16，China)Abstract：FlexurespringplaysanimpoflantrolefortheclearancesealingandaxiallocationinthesolarenergyStirlingengine．Basedontheflexurespringresearch，theconcentricandinvoluteflexurespringischosen．ThefiniteelementanalysisofitsparameterizedmodelisdonebyWork

4、benchsoftware，includingtheinfluenceofflexurespringsectionparametersonmaximumstressandnaturalfrequency．Thetravelrestrictionsandthemaximumstressaretakenasdesigngoaltooptimizethesizesoftheflexurespring．Keywords：freepistonstirlingengine；flexurespring；axialstifn

5、ess；inherentfrequency；parametricmodeling；optimizationdesign之后．又利用有限元方法对柔性弹簧进行了详细分析，把0引言分析结论表示成设计曲线。高威力等【4在设计了11款不同基圆半径、厚度及涡旋槽偏心距的圆渐开线型板弹簧的自由活塞式斯特林发动机利用系统的共振，在低输入基础上．利用ANSYS有限元分析软件，对上述板弹簧的刚的情况下达到较高的输出，柔性弹簧的性能会影响到整机度及应力特性进行了分析与比较，总结出了主要几何参数的性能和可靠性。柔性弹簧用于支撑太阳能

6、斯特林发动对板弹簧性能的影响。祁影霞等『l0]利用有限元分析软件机压缩活塞和配气活塞。作为发动机的关键部件，在活塞SAP。对柔性膜片弹簧在施加不同载荷时的变形进行了可往复运动中。保持活塞与气缸的径向位置和密封问隙，需视化研究，分析了应力集中和最大应力，在此基础上，对弹要足够的刚度和一定的行程”。]因此。柔性弹簧在保证簧线型进行了改进设计，并成功地应用于航天斯特林制冷自由活塞式斯特林发动机问隙密封，减少磨损，提高整体机中。可靠性，以及丁作寿命方面有着至关重要的作用。从国内外文献中可以看到，为了降低板簧的最大应力

7、又要满足板簧的刚度要求，往往采用多片板簧叠加的形式1国内外柔性弹簧的研究现状来组成弹性系统。文中基于软件Pro／e和WB对太阳能在国内外文献中．柔性弹簧的性能主要体现在疲劳强斯特林发动机中的柔性弹簧进行有限元可视化分析．以优度、轴向刚度、径向刚度与共振频率等四个方面，其中疲劳化板簧的最大应力为目标，结合柔性弹簧的固有频率对一强度对太阳能斯特林发动机稳定性和寿命影响最大【4-5]。款柔性弹簧进行优化设计。柔性弹簧的往复运动超过20亿次．需要丁作弹簧各处应力趋于一致，避免应力集中，板簧的最大应力小于材料的2柔性弹

8、簧的参数化建模疲劳极限．一般采用铍青铜和硬化弹簧钢[5]．硬化弹簧钢的疲劳极限达到了400MPa。同心渐开线柔性弹簧的基本特征为一组渐开线，改变同心涡旋臂弹簧相对于其他线型的柔性弹簧，具有整渐开线的参数及其空间位置的排布，可得到不同力学特征个弹簧臂的应力分布比较均匀的特点，早期在斯特林制冷的柔性弹簧。机中具有广泛的运用。T．E．Wong等]对柔性弹簧进行2．1柔性弹簧渐开线的参数化建模了优化设计，使