多股螺旋彈簧響應(yīng)特性的理論研究與實踐.pdf

1、多股螺旋彈簧（簡稱多股簧）是用由多股、多層彈簧鋼絲擰成的鋼索卷繞而成的圓柱螺旋彈簧，與普通單股彈簧相比，多股簧具有強度高、壽命長、可靠性高、抗油污、減振抗沖擊性能好等優(yōu)點，是自動武器、重型機械以及各種高端裝備中的重要復(fù)位基礎(chǔ)件。
　　多股簧制造困難，限制了其推廣應(yīng)用，過去僅僅在極少數(shù)軍工產(chǎn)品中使用。近年來，多股簧高精度數(shù)控加工技術(shù)已逐漸成熟，多股簧制造問題已基本解決，多股簧的優(yōu)點也逐漸被廣泛了解，許多企業(yè)都希望在其產(chǎn)品中用多股簧替

2、換原來的單股彈簧以達到改進產(chǎn)品性能的目的。然而，現(xiàn)階段針對多股簧的理論研究主要集中在多股簧的制造裝備和幾何模型方面，而多股簧的響應(yīng)模型及多股簧系統(tǒng)的響應(yīng)分析理論研究很不充分，相關(guān)企業(yè)在使用多股簧時沒有理論指導(dǎo)，難以充分發(fā)揮多股簧的優(yōu)點。
　　本文以解決多股簧工程應(yīng)用中的關(guān)鍵問題為核心目標，在多股簧的制造、靜態(tài)響應(yīng)建模、動態(tài)響應(yīng)建模以及多股簧系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)分析等方面開展了以下研究工作：
　　①首先，針對多股簧卷繞加工的關(guān)鍵參數(shù)

3、——鋼絲捻距的選取尚無理論支持的問題，研究了最優(yōu)鋼絲捻距的的選取準則，提出了最優(yōu)鋼絲捻距的計算方法，解決了制約多股簧新產(chǎn)品快速開發(fā)的關(guān)鍵問題；
　?、卺槍δ壳岸喙苫伸o態(tài)響應(yīng)模型尚不完善，不能很好的描述多股簧非線性剛度，導(dǎo)致設(shè)計基于多股簧的復(fù)位機構(gòu)時缺乏理論指導(dǎo)的問題，考慮多股簧鋼索受載變形時同層各股鋼絲接觸狀態(tài)變化的影響，提出了多股簧靜態(tài)響應(yīng)的“兩狀態(tài)”模型，該模型可反映多股簧的非線性剛度，提高了多股簧靜態(tài)響應(yīng)分析的精度，為基于多

4、股簧的復(fù)位裝置的設(shè)計提供了理論支持；
　?、坩槍δ壳吧袩o能夠同時準確描述多股簧非線性剛度和滯遲阻尼的高精度多股簧動態(tài)響應(yīng)模型，導(dǎo)致無法分析股簧系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的問題，通過對大量實驗數(shù)據(jù)的分析，歸納了多股簧動態(tài)響應(yīng)曲線的基本性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上提出了一種多股簧動態(tài)響應(yīng)模型，該模型是一種修正的歸一化Bouc-Wen模型，具有精度高、參數(shù)易識別的優(yōu)點，為多股簧動態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計、分析奠定了理論基礎(chǔ)；
　　④針對現(xiàn)有參數(shù)識別方法多基于非線性迭代

5、算法，需要人為給定合適的初始猜測解，在工程應(yīng)用時常因收斂性問題導(dǎo)致不能正確識別多股簧動態(tài)響應(yīng)模型參數(shù)的問題，結(jié)合多股簧動態(tài)響應(yīng)模型的自身特點，提出一種無需迭代的兩步識別方法，將這一方法與現(xiàn)有的非線性迭代法相結(jié)合，提出了一種無須人為給定初始猜測解的、精度更高的三步參數(shù)識別方法，這兩種方法解決了多股簧動態(tài)響應(yīng)模型參數(shù)識別困難的問題，為后續(xù)響應(yīng)分析研究提供了條件；
　?、葆槍こ讨兄攸c關(guān)注的多股簧系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)諧波響應(yīng)問題，以非線性系統(tǒng)響應(yīng)分

6、析的諧波平衡法為理論基礎(chǔ)，首先推導(dǎo)了適用于弱非線性多股簧系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)諧波響應(yīng)的單諧波解，而后引入非線性迭代算法，與諧波平衡法結(jié)合，將非線性微分方程的求解問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題，提出了可分析強非線性多股簧系統(tǒng)的迭代多諧波平衡分析方法，實踐表明，該方法是多股簧系統(tǒng)諧響應(yīng)分析的一種有效手段；
　　⑥針對工程中大量實際多股簧系統(tǒng)均呈現(xiàn)近似線性系統(tǒng)的響應(yīng)行為的現(xiàn)象以及多股簧系統(tǒng)的隨機響應(yīng)問題，研究了多股簧系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的等效線性化和統(tǒng)計線性化方法。