基于ANSYS的圆柱螺旋弹簧的强度与疲劳寿命分析.pdf

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1、机械设计与制造第10期92MachineryDesign&Manufacture2010年l0月文章编号：1001—3997(2010)10～0092—02基于ANSYS的圆柱螺旋弹簧的强度与疲劳寿命分析木李红艳(山东理工大学交通与车辆工程学院，淄博255091)StrengthandfatiguelifeanalysisofthecylindricallyhelicalspringbasedonANSYSLIHong-yan(DepartmentofTranspo~Engineering，ShandongUniversityofTechnology，Zibo2550

2、91，China)一'，，，’，，l⋯⋯’'’．，l⋯，l，m，，．．．，1．1，．1，llm，’l’，，'l，m'．1l，l，，，’，，l，，，，’．1，’，’-Ⅲ’’，，l⋯''ll，’l’、【摘要】采用ANSYS的APDL语言建立起螺旋弹簧的几何模型，对考虑弹簧座的螺旋弹簧强度进i行分析，计算结果表明限元分析结果和理论解高度一致，最大误差不超过0．3％。另外，对螺旋弹簧的寿命进j行了有限元分析，也满足3Hz务件下工作40万次的疲劳寿命要求。j关键词：圆柱螺旋弹簧；强度；疲劳寿命i【Abstract】Withspringretainerconsidered，the

3、modelofthecylindricallyhelicalspringisestablished2withAnsysParameterDesignLanguage．Strengthofthecylindricallyhelicalspringisanalysised，thesimula-：itionresultindicatsthatwhichishighlyconsistentwiththetheorysolution，themaximltmdiferencedoesnot：exceed0．3％．Inaddition，thefatiguelifeisalsores

4、earched，whichcartalsomeettheneedthatthehelicalispringcanworkatlimit400，000timeswithoutfatiguedamage．iKeywords：Cylindricallyhelicalspring；Strengh；Fatiguelife^t‘tt‘‘tt·tIt．‘‘t·‘ttl‘l‘·‘t‘·‘tI‘‘‘t‘．．．‘‘．．⋯‘⋯‘I‘It‘II1．．1‘．⋯．I‘t‘‘I‘I．‘．．‘‘I．‘．‘．‘‘‘．⋯‘I．t．．．，中图分类号：TH16文献标识码：A●1—日!．￡lj—吾JL—弹簧是

5、汽车悬架系统中的关键零部件，它不仅能储存和释放能量，而且能缓和冲击、消减振动等。为减少车辆行驶过程中产生的有害振动，获得良好的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性，各种车辆都必须设有衰减和缓和振动的弹簧悬挂装置Ill。圆柱压缩螺旋弹簧由于结构简单，因此是车辆中最常用的图1圆柱螺旋弹簧的几何模型图2圆柱螺旋弹簧的有限元模型弹簧之一，其强度直接影响着车辆的运行性能和运行安全，因此3静态分析簧疲强度以及其寿命成为研究的重点。在弹簧的设计过程中，由于要求弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限，足够弹簧钢材的特性也对弹簧的强度及寿命至关重要目。考虑到弹簧的韧性和塑性，良好的热处理性

6、能，这里选用60Si2CrVAT钢，屈的工作特点，其失效形式主要是疲劳破坏，因此，本文对某型号的服强度为2000Mpa，剪切和扭转许用应力都大于950Mpa，弹簧座圆柱螺旋弹簧的强度和疲劳寿命进行有限元分析。选用一般的钢材。2计算模型3．1刚度计算根据后螺旋弹簧的工作实际，其上端安装在车身的弹簧座3．1．1有限元解内，下端安装在固定于后桥壳体的弹簧座内，承受垂直力的作用，弹簧工作时，在上、下支承圈平面上承受轴向载荷，因此，在下支承圈平面上约束平动自由度，丽在上支承圈平面上施加轴向以减缓对车身造成的冲击，起到支撑车身的作用。为合理模拟弹强迫位移。根据弹簧刚度的定义，在上

7、支承圈平面上施加单位轴簧的受力情况，在弹簧两端分别建立弹簧座，以保证该弹簧所承向强迫位移，计算所得约束反力就是弹簧的轴向刚度。有限元计受的力在垂直方向，弹簧端部的四分之三圈与弹簧座接触，主要算得到弹簧的刚度为30．75N／mm。起支撑作用。圆柱螺旋弹簧的截面直径d为13mm，中径D为3．1．2理论解103mm，有效圈数n为8．4圈，自由长度为392mm，建立的装配几何模型见图1。由圆柱螺旋弹簧的刚度计算公式=—(1)8nD‘为保证计算结果的精确性，采用带中间节点的solid186六式中G为剪切弹性模数，这里取79．23Gpa。将弹簧的具体参数代面体单