Pro/E下螺旋扫描所生成弹簧的力学性能分析

扫描   螺旋   Pro   生成   弹簧   本文通过P r o /MECHNICA对螺旋扫描生成的实体进行静力分析和模态分析，并与压簧的理论计算结果进行了比较，证明螺旋扫描实体在力学上十分接近实际弹簧。

    在结构设计中，弹簧的应用十分广泛，设计人员为了能够力求真实准确的反映结构，在Pro/ENGINEER中一般使用螺旋扫描生成实体来描述弹簧。这样得到的弹簧在外形上和实际弹簧很接近，但力学性能和实际的弹簧相比有何差别，对其进行的模拟能否反映工作状态的弹簧等却一直没有定论。本文利用Pro/ENGINEER中的Pro/MECHNICA模块，分析了压簧的载荷－变形情况，计算了自振频率，并与理论计算结果进行了比较。

一、创建压簧的模型

    本文所述的实例利用螺旋扫描生成一个实体，并模拟弹簧。弹簧长为60mm，弹簧中径为30mm，材料直径为5mm，螺距为10mm。这里可以在弹簧的上下两端面加两个平板，以便在Pro/MECHNICA下添加约束和载荷。模型如图1所示。

图1 弹簧模型

二、对压簧进行静力分析

    这里可以利用Pro/MECHNICA模块以对模型进行静力分析。首先创建一个新的Static Analysis，载荷和约束如图2所示。然后在将弹簧下板的6个自由度进行全约束，并且在上板加1000N的载荷。弹簧变形如图3所示。变形量为12.1mm。

图2 弹簧的载荷和约束

图3 弹簧的变形

三、对压簧进行模态分析

    这里我们可以利用P r o /MECHNICA模块以对模型进行模态分析。创建一个新的Modal Analysis，进行模态分析时不需要加约束和载荷，结果如图4所示。弹簧的自振频率为17S-1，

四、对压簧进行理论计算

圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的公式为：

共振验算公式为：

    其中，f为工作载荷下的变形量(mm)， n γ 为弹簧自振频率(Hz)，F为工作载荷(100N)，N为弹簧有效圈数是9，G是切变模量(71000MPa)，c为缠绕比c = D / d，D为弹簧中径(200mm)，d为材料直径(16mm)。

图4 模态分析结果

    经过模拟计算，得出的结果是： f = 12.4mm

    由此可见，它们与利用P r o /MECHNICA模拟防真所得到的结果十分接近。

五、结论

    通过比较Pro/MECHNICA与理论公式计算得到的结果，可以发现：经过螺旋扫描所得到的实体不但外形与实际压缩（拉伸）弹簧非常接近，其力学性能也很接近，所以可以放心地用它来模拟静态与工作状态的压缩（拉伸）弹簧。