多股螺旋彈簧繞制成形的若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、多股螺旋彈簧(簡稱多股簧)通常是由2～7股0.5～3mm的碳素彈簧鋼絲擰成鋼索冷繞卷制而成,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。和普通單股彈簧相比,多股螺旋彈簧具有剛度強(qiáng)度好、吸振減振效果好等獨特性能,在汽車儀器儀表減振系統(tǒng)、武器發(fā)射系統(tǒng)以及航空發(fā)動機(jī)等多個領(lǐng)域中都具有重要的應(yīng)用價值。
　　 到目前為止,已有文獻(xiàn)對多股螺旋彈簧的靜態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行了相關(guān)研究,

2、而多股螺旋彈簧的優(yōu)越性能在于彈簧變形時股中鋼絲之間和股間鋼絲之間的接觸摩擦所產(chǎn)生的阻尼效果,這在很大程度上取決于多股螺旋彈簧的成形質(zhì)量,但還未有針對此方面的研究工作。本文旨在通過對多股螺旋彈簧成形方法的研究,深入多股螺旋彈簧的相關(guān)理論研究基礎(chǔ),重點在于多股螺旋彈簧卸載回彈的理論基礎(chǔ)、繞制試驗和數(shù)值模擬的研究,以此指導(dǎo)彈簧的工藝生產(chǎn),提高彈簧產(chǎn)品的成品質(zhì)量。
　　 本文主要從以下五個方面對多股螺旋彈簧的成形方法進(jìn)行了深入、細(xì)致的研

3、究和探討工作:
　　 首先,多股螺旋彈簧的各股鋼絲在空間結(jié)構(gòu)上皆為二次螺旋形式,通過空間坐標(biāo)變換的方法,針對壓縮螺旋彈簧和拉伸螺旋彈簧兩種類型的彈簧,建立了鋼索中各股鋼絲中心線和彈簧中各股鋼絲中心線的空間曲線數(shù)學(xué)模型,給出了鋼絲螺旋倍數(shù)的定義,并用兩種方法進(jìn)行推導(dǎo),為多股螺旋彈簧的幾何微分理論研究建立了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
　　 其次,現(xiàn)有文獻(xiàn)是將多股螺旋彈簧簡化為多股普通圓柱螺旋彈簧的并聯(lián)作用和疊加效果進(jìn)行研究,而在多股螺旋彈簧

4、在成形過程中,各股鋼絲承受了二次彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合作用,普通圓柱螺旋彈簧的成形只承受一次彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合作用,因此,多股螺旋彈簧的現(xiàn)有簡化分析方法不夠精確。因此,本文在單股鋼絲中心曲線數(shù)學(xué)模型的研究基礎(chǔ)上,基于空間曲線的微分幾何理論,建立了鋼絲中心線的曲率、撓率等微分表達(dá)式,給出與普通圓柱螺旋彈簧的微分參數(shù)的分析比較結(jié)果。
　　 第三,多股螺旋彈簧的動態(tài)性能是研究的熱點?；谖⒎謳缀卧?推導(dǎo)出了多股螺旋彈簧單股鋼絲的曲率和撓率的

5、表達(dá)式,分析了壓縮和拉伸兩種類型的彈簧承受應(yīng)力的情況。通過有限元仿真分析了多股壓縮彈簧承受速度載荷時的簧圈變形情況,股間載荷的分布情況等。在此基礎(chǔ)上,分析了單股彈簧和單股鋼絲在承載時變形特性,為多股螺旋彈簧的特性分析提供研究基礎(chǔ)。
　　 第四,針對三股螺旋彈簧和內(nèi)層三股外層九股的三種彈簧的繞制成形過程進(jìn)行了大量的試驗,實驗過程主要考慮了鋼絲加載張力、彈簧螺距、鋼索螺距、加載速度和鋼絲直徑對卸載后彈簧回彈量的影響。對于回彈量的分析