多股螺旋彈簧響應(yīng)特性的理論研究與實(shí)踐.pdf

1、多股螺旋彈簧（簡(jiǎn)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(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、可靠性高、抗油污、減振抗沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn)，是自動(dòng)武器、重型機(jī)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(diǎn)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(dá)到改進(jìn)產(chǎn)品性能的目的。然而，現(xiàn)階段針對(duì)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(shí)沒有理論指導(dǎo)，難以充分發(fā)揮多股簧的優(yōu)點(diǎn)。
　　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(biāo)，在多股簧的制造、靜態(tài)響應(yīng)建模、動(dòng)態(tài)響應(yīng)建模以及多股簧系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析等方面開展了以下研究工作：
　　①首先，針對(duì)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(zhǔn)則，提出了最優(yōu)鋼絲捻距的計(jì)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?duì)目前多股簧靜態(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(jì)基于多股簧的復(fù)位機(jī)構(gòu)時(shí)缺乏理論指導(dǎo)的問題，考慮多股簧鋼索受載變形時(shí)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(jì)提供了理論支持；
　　③針對(duì)目前尚無能夠同時(shí)準(zhǔn)確描述多股簧非線性剛度和滯遲阻尼的高精度多股簧動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型，導(dǎo)致無法分析股簧系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的問題，通過對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，歸納了多股簧動(dòng)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(dòng)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(shí)別的優(yōu)點(diǎn)，為多股簧動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析奠定了理論基礎(chǔ)；
　　④針對(duì)現(xiàn)有參數(shù)識(shí)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(cè)解，在工程應(yīng)用時(shí)常因收斂性問題導(dǎo)致不能正確識(shí)別多股簧動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型參數(shù)的問題，結(jié)合多股簧動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型的自身特點(diǎn)，提出一種無需迭代的兩步識(shí)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(cè)解的、精度更高的三步參數(shù)識(shí)別方法，這兩種方法解決了多股簧動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型參數(shù)識(shí)別困難的問題，為后續(xù)響應(yīng)分析研究提供了條件；
　?、葆槍?duì)工程中重點(diǎn)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(qiáng)非線性多股簧系統(tǒng)的迭代多諧波平衡分析方法，實(shí)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(duì)工程中大量實(shí)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(jī)響應(yīng)問題，研究了多股簧系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的等效線性化和統(tǒng)計(jì)線性化方法。