多股簧沖擊特性與損傷機理研究.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而成,分為有中心股和無中心股兩種結構形式,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,多股簧具有強度條件好、吸振減振性能優(yōu)越等獨特性能,因而它是航空發(fā)動機和自動武器等產品的關鍵零件。另外,多股簧還可廣泛應用于振動設備(如振動篩、振動粉碎設備等)、高精度臺面和要求很平穩(wěn)的運輸車輛等,以取代傳統(tǒng)的單股彈簧和

2、橡膠彈簧。
　　 到目前為止,已有文獻對多股簧的靜態(tài)響應和成形方法進行了相關研究。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鋼絲之間的接觸摩擦所產生的阻尼效果,因此多股簧承受沖擊載荷時的動力學響應以及鋼絲間的磨損機理分析應成為研究的重中之重,但還未有針對此方面的研究工作。本文旨在通過對多股簧沖擊特性和損傷機理的研究,深入多股簧的相關理論研究基礎,重點在于多股簧承受沖擊載荷時的有限元數(shù)值計算及其相應的幾何模型理

3、論基礎、沖擊試驗檢測設備的研制、鋼絲間的扭動微動磨損機理試驗研究及有限元分析。
　　 本文主要從以下五個方面對多股簧的沖擊特性及損傷機理進行了深入、細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)學模型,利用MATLAB軟件開

4、發(fā)了應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,在現(xiàn)有多股簧各股鋼絲中心線數(shù)學模型基礎上,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體模型,為后續(xù)多股簧的動態(tài)設計理論、沖擊特性的有限元計算提供了重要的理論基礎和計算模型。
　　 第二,多股簧的沖擊特性是研究的熱點。在兩段并圈多股簧的三維實體模型基礎上,通過對多股簧運動工況的分析,建立了受阻尼影響的

5、多股簧動態(tài)模型振動方程。同時,利用ABAQUS軟件的顯式動態(tài)功能進行高速沖擊響應分析,為多股簧的結構優(yōu)化設計提供了依據(jù)。
　　 第三,研發(fā)了多股簧動態(tài)參數(shù)非接觸高速多通道檢測系統(tǒng)的結構、電氣硬件及控制算法,該系統(tǒng)可用于檢測多股簧在沖擊振動狀態(tài)下,簧桿上各質點的運動位移、速度、加速度,從而獲得多股簧簧圈各質點的動態(tài)參數(shù),為多股簧在高速沖擊載荷作用下其內部的變形過程研究提供試驗檢測平臺。
　　 第四,針對扭動微動是導致多股簧

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)學模型所得到的試驗參數(shù),在新型試驗裝置上真實模擬了多股簧工作過程中鋼絲間發(fā)生的柱-柱接觸扭動微動;系統(tǒng)研究了不同試驗工況及循環(huán)次數(shù)的變化對多股簧鋼絲扭動微動運行行為和損傷機理的影響。
　　 最后,在試驗研究的基礎上,對多股簧鋼絲扭動微動進行數(shù)值模擬,研究不同試驗工況、循環(huán)次數(shù)和接觸面摩擦系數(shù)條件下,接觸界面應力、相對滑移的分布和變化情況;通過修正的Archa