SolidWorks在彈簧設(shè)計中的應(yīng)用

2017-09-13 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1 引言

彈簧是常用件和標(biāo)準(zhǔn)件,廣泛的被應(yīng)用于機(jī)械裝置、機(jī)電產(chǎn)品中,用來夾緊、減震、儲能、和測量等,對彈簧進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的參數(shù)化建模,有很大的應(yīng)用價值。在SolidWorks軟件中,雖然有Toolbox功能,它提供了各國、各組織的標(biāo)準(zhǔn)件庫,包括螺栓、鍵、軸承、齒輪等,但沒有彈簧的標(biāo)準(zhǔn)件庫供我們調(diào)用,所以我們的產(chǎn)品中如果使用到彈簧就需要自己建模,現(xiàn)在的彈簧建模中,彈簧的端部往往是沒有壓并、沒有磨平的,而工程或產(chǎn)品中經(jīng)常用到的是壓并、磨平的冷壓或熱壓彈簧,這就使模型與實(shí)際不符,為后續(xù)的CAE帶來很大的麻煩。在彈簧的設(shè)計和制造中,因?yàn)橛袎翰?設(shè)計完彈簧尺寸后,彈簧絲的展開長度計算相對麻煩而不精確,因?yàn)閴翰⒑湍テ?也給自由高度計算帶來很大的困擾。針對上述問題,探討利用SolidWorks完成壓并、磨平彈簧的參數(shù)化精確建模,進(jìn)行彈簧絲的展開長度和自由高度精確測量。

2 彈簧設(shè)計參數(shù)

此彈簧應(yīng)用于某生產(chǎn)線復(fù)位裝置,工作要求為:安裝載荷F1=200N,工作載荷F2=20N,安裝高度H1=56mm,工作行程h=10mm,要求剛度h'=22N/mm,載荷作用次數(shù)N=10000次,屬于Ⅱ類載荷。

彈簧的性能和使用壽命在很大程度上取決于材料的選擇,根據(jù)工作要求,選擇彈簧材料為油淬火回火碳素彈簧鋼絲,它的切變模量G=79000MPa,彈性模量E=206000M Pa,抗拉強(qiáng)度σb=1373MPa,許用切應(yīng)力τb=480.55(MPa)。選用端部為壓并、磨平型式,壓并圈數(shù)n2=2,旋繞比C=7.11,根據(jù)相關(guān)計算,彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù),如表1所示。

表1 彈簧結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)

SolidWorks在彈簧設(shè)計中的應(yīng)用solidworks simulation分析案例圖片1

3 SolidWorks的應(yīng)用

3.1 彈簧的參數(shù)化建模

根據(jù)彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸和端部型式,在SolidWorks中先對螺旋線的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,如圖1所示。圖中:Rev——彈簧的圈數(shù);Dia——彈簧中徑;P——節(jié)距。

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圖1 螺旋線參數(shù)設(shè)定

因?yàn)閺椈山Y(jié)構(gòu)為壓并、磨平,壓并圈數(shù)n2=2,所以此螺旋線的螺距P不為恒定,選“可變螺距”,第1圈為壓并,取螺距P為鋼絲直徑d=4.5mm,笫1-2.5圈為過渡區(qū),螺距從4.5mm漸變到10.17mm,第2.5-5.5圈螺距恒定為10.17,第5.5-7圈為過渡區(qū),第7-8圈為壓并,生成螺旋線,如圖2所示。

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圖2 壓并螺旋線

對螺旋線進(jìn)行圓形“掃描”,圓的直徑設(shè)定為4.5mm,即鋼絲直徑,就可得到壓并、無磨平彈簧,如圖3所示,兩端切除形成磨平,壓并、磨平的參數(shù)化模型完成,如圖4所示。

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圖3 壓并、無磨平彈簧

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圖4 壓并、磨平彈簧

3.2 彈簧參數(shù)的測量

SolidWorks的發(fā)展很快,從SolidWorks2001版本容量為500多MB,到SolidWorks2010版本容量為4.99GB,它的功能越來越強(qiáng)大,只要合理、巧妙運(yùn)用這些功能,它就會為我們的設(shè)計帶來很多使得,大大提高我們的工作效率和工作能力。在彈簧設(shè)計中,彈簧鋼絲展開長度L和自由高度Ho難以準(zhǔn)確預(yù)算的問題,現(xiàn)在巧妙運(yùn)用SolidWorks中的“測量”功能,這兩個問題便迎刃而解,“測量”圖2所示螺旋線的長度,即鋼絲軸線的長度,就可以得到彈簧鋼絲展開長度L=806.66mm,如圖5所示。點(diǎn)選彈簧模型兩個磨平面,“測量”出兩端面之間的距離,即自由高度Ho=64.35mm,如圖6所示。通過模型觀察就可以算出壓并高度Hb,8倍的鋼絲直徑,壓并高度Hb=36mm。

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圖5 鋼絲展開長度測量

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圖6 自由高度測量

4 結(jié)束語

合理使用SolidWorks可以建立精確的壓并、磨平彈簧參數(shù)化模型,準(zhǔn)確的測量出鋼絲的展開長度和自由高度,解決了以前彈簧設(shè)計中的難題,進(jìn)行設(shè)計尺寸校核,自由高度Ho=64.35mm,壓并高度Hb=36mm,滿足工作要求:安裝高度H1=56mm,工作行程h=10mm。SolidWorks應(yīng)用到彈簧的設(shè)計中,可以為后續(xù)的計算機(jī)輔助分析和彈簧的制造提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)模型和數(shù)據(jù),它提高了彈簧的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

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