多股簧沖擊特性與損傷機(jī)理研究.pdf

1、多股螺旋彈簧(簡(jiǎn)稱多股簧)通常是由2～7股0.5～3mm的碳素彈簧鋼絲擰成鋼索冷繞而成,分為有中心股和無中心股兩種結(jié)構(gòu)形式,其中壓縮彈簧的鋼索的旋向與彈簧的旋向相反,拉伸彈簧的旋向與彈簧的旋向相同。與普通單股螺旋彈簧相比,多股簧具有強(qiáng)度條件好、吸振減振性能優(yōu)越等獨(dú)特性能,因而它是航空發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)武器等產(chǎn)品的關(guān)鍵零件。另外,多股簧還可廣泛應(yīng)用于振動(dòng)設(shè)備(如振動(dòng)篩、振動(dòng)粉碎設(shè)備等)、高精度臺(tái)面和要求很平穩(wěn)的運(yùn)輸車輛等,以取代傳統(tǒng)的單股彈簧和

2、橡膠彈簧。
　　 到目前為止,已有文獻(xiàn)對(duì)多股簧的靜態(tài)響應(yīng)和成形方法進(jìn)行了相關(guān)研究。而多股簧在工作過程中主要承受沖擊載荷,其優(yōu)越性能在于彈簧變形時(shí)鋼絲之間的接觸摩擦所產(chǎn)生的阻尼效果,因此多股簧承受沖擊載荷時(shí)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)以及鋼絲間的磨損機(jī)理分析應(yīng)成為研究的重中之重,但還未有針對(duì)此方面的研究工作。本文旨在通過對(duì)多股簧沖擊特性和損傷機(jī)理的研究,深入多股簧的相關(guān)理論研究基礎(chǔ),重點(diǎn)在于多股簧承受沖擊載荷時(shí)的有限元數(shù)值計(jì)算及其相應(yīng)的幾何模型理

3、論基礎(chǔ)、沖擊試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備的研制、鋼絲間的扭動(dòng)微動(dòng)磨損機(jī)理試驗(yàn)研究及有限元分析。
　　 本文主要從以下五個(gè)方面對(duì)多股簧的沖擊特性及損傷機(jī)理進(jìn)行了深入、細(xì)致的研究和探討工作:
　　 首先,多股簧的鋼索擰角和鋼索直徑大小從根本上決定了多股簧的性能?，F(xiàn)有文獻(xiàn)提出的“相鄰兩根鋼絲中心線的最短距離等于鋼絲直徑”和“鋼索橫截面為橢圓相切”的計(jì)算方法均有局限性。因此,本文通過新建立的多股簧鋼索橫截面的精確數(shù)學(xué)模型,利用MATLAB軟件開

4、發(fā)了應(yīng)用軟件來直接精確求得任意股數(shù)的多股簧鋼索擰角和直徑。同時(shí),在現(xiàn)有多股簧各股鋼絲中心線數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,基于連續(xù)多段函數(shù)和指數(shù)方程方法,分別采用CATIA和PRO/E軟件的螺旋掃描功能,建立了兩段并圈多股簧的三維實(shí)體模型,為后續(xù)多股簧的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論、沖擊特性的有限元計(jì)算提供了重要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算模型。
　　 第二,多股簧的沖擊特性是研究的熱點(diǎn)。在兩段并圈多股簧的三維實(shí)體模型基礎(chǔ)上,通過對(duì)多股簧運(yùn)動(dòng)工況的分析,建立了受阻尼影響的

5、多股簧動(dòng)態(tài)模型振動(dòng)方程。同時(shí),利用ABAQUS軟件的顯式動(dòng)態(tài)功能進(jìn)行高速?zèng)_擊響應(yīng)分析,為多股簧的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 第三,研發(fā)了多股簧動(dòng)態(tài)參數(shù)非接觸高速多通道檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、電氣硬件及控制算法,該系統(tǒng)可用于檢測(cè)多股簧在沖擊振動(dòng)狀態(tài)下,簧桿上各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)位移、速度、加速度,從而獲得多股簧簧圈各質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù),為多股簧在高速?zèng)_擊載荷作用下其內(nèi)部的變形過程研究提供試驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)。
　　 第四,針對(duì)扭動(dòng)微動(dòng)是導(dǎo)致多股簧

6、鋼絲表面局部區(qū)域磨損的重要原因之一,通過各股鋼絲間法向接觸力及角位移的數(shù)學(xué)模型所得到的試驗(yàn)參數(shù),在新型試驗(yàn)裝置上真實(shí)模擬了多股簧工作過程中鋼絲間發(fā)生的柱-柱接觸扭動(dòng)微動(dòng);系統(tǒng)研究了不同試驗(yàn)工況及循環(huán)次數(shù)的變化對(duì)多股簧鋼絲扭動(dòng)微動(dòng)運(yùn)行行為和損傷機(jī)理的影響。
　　 最后,在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,對(duì)多股簧鋼絲扭動(dòng)微動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬,研究不同試驗(yàn)工況、循環(huán)次數(shù)和接觸面摩擦系數(shù)條件下,接觸界面應(yīng)力、相對(duì)滑移的分布和變化情況;通過修正的Archa