波形弹簧的力学性能分析.pdf

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1、l匐化波形弹簧的力学性能分析AnalysisofthewavespringmechanicaIproperties秦代成’，李慧谨’，罗丽丽’，吴军伟QlNDai—cheng，LIHui-jin‘，LUOLi．WUJun．wei(1．中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，绵阳621900；2．中国工程物理研究院电子工程研究所，绵阳621900)摘要：以波形弹簧为研究对象，针对制造波形弹簧力学性能不稳定的问题，采用理论、有限元和实验相结合的方式分析了波形弹簧的力学性能，得到了结构尺寸对力学性能的影响程

2、度，根据有限元分析结果对波形弹簧进行优化设计，减轻了波形弹簧的质量。其分析方法对波形弹簧的设计和制造具有指导意义。关键词：波形弹簧；力学性能；有限元分析中圈分类号：TH135文献标识码：A文章编号：1009—0134(2014)08(上)一0089—03Oei：10．396~l／J．issn．1009-0134．2014．08(E)．230引言于水平线上的相切得半椭圆形弹簧，将其用一条波形弹簧结构如图1所示，其要求在特定力值椭圆形弧线表示，取一个波作为研究对象。如图2下产生相应的变形范围。波形弹簧一

3、般由薄的冷所示，假设为两端自由支撑截面为矩形的梁，按轧弹簧钢带冲压成型，在圆周上均匀分布多个波材料力学计算方法，载荷P作用于中点时，该点的峰，有减振、隔振、降低噪声等作用，它的主要位移如式(1)所示：特点是体积小，较小变形就能承受较大载荷且受力均匀对称。通用弹簧的弹性性能分析、测试方法在国标、行标中都有据可查、有依可循，而关于波形弹簧的弹性性能研究开展比较少，卢宝生等人对波形弹簧结构进行了优化设计n】。本文结合试验，采用理论推导和有限元仿真相结合的方式对波形弹簧的力学性性能进行研究。图2波形弹簧受力

4、示意图6：(1)48式中：6为1／2N波簧在载荷P下的位移(mm)；图1波形弹簧模型图，为1／2N波簧长度(mm)，，：!!；2Ⅳ1理论分析E为弹性模量(N／mm2)；波浪弹簧的受力情况如图2所示，一般可忽1I为截面惯性矩(nlnl4)，I=；略扭矩的影响。波浪弹簧与支撑面得接触方式，l二随着变形量的变化而变化，当变形量小于某定N为波弹波数；值时，波浪弹簧与支撑面为线接触，当变形量大D为波弹中径(nun)；于一定值时，接触变为面接触。载荷大到一定程B为波弹宽度(mm)；度，波浪弹簧全部压平。t为波弹

5、厚度(nln1)；假设将波形弹簧沿平均直径展开，转化为置整个波形弹簧的总变形8=26，总载荷收稿日期：2014-05-17作者简介：秦代成(1986一)，男，重庆人，助理工程师，硕士，研究方向为非标零部件设计与制造。第36卷第8期2014—08(上)【89l务I訇似=NP：表1(续)16N4Bt3ES~(2)5：=—-——L兀Dm上式忽略了波形弹簧受力后的径向位移，实际上，波形弹簧受力后产生明显的径向位移，是弹簧的直径增大。为了更准确表示与变形的关系，引入修正系数I(f。为波簧内径，D。为波簧外径。

6、I=1R／Rl·3进行有限元分析，模型如图3所示。K,t：—1．25Ro-—1．45Ri1．3

7、型，波浪弹簧中心线参数方程，拉伸成形。t=0～360D，／2‘cos(t)Y／2sin(t)z=7一t)／2·sin(Nt)H为波簧高度。图4变形为0．7的变形图并将其导入ANSYSWorkbench中：定义弹簧卸载后残余变形为0．184mm，如图5所示。的材料属性，定义约束，在柱坐标系下，约束波谷只能在半径方向移动；定义载荷力，当模型构建完成，载荷、约束定义完成，建立波浪弹簧有限元模型。在波簧分析中，有较大的变形，属于非线性分析。3实例以某波形弹簧为例，参数如表1所示。要求波簧高度压缩至0．3mm

8、时压力为70N～110N。表1波簧参数表图5残余变形高度压缩至0．3mm时，将各参数带入式(2)得：载荷P总=117．12N。有限元与理论分析得到的载荷与变形关系对比如图6所示，在载荷较小的时候，有限元结果与理论结果基本重合，随着载荷的增加，有限元结[901第36卷第8期2014—08(上)务llI5似载萄P与变形量关系ul1．20E+00O，081．OOE十0O0·06l8·OOE-01赫0O．0420_⋯1■■6．00E-0102霾蓑4．00E一01—0·042．