【技术实现步骤摘要】
一种超线弹性大变形弹簧设计方法
本专利技术涉及一种超线弹性大变形弹簧的设计方法,属于机械弹簧设计领域。
技术介绍
弹簧是一种常见的机械零件,它在机械装置中多用来储存和释放能量,例如在汽车悬架,微机电系统(MEMS)和抗震结构中都有着非常重要的作用。在工程中圆锥螺旋弹簧变形能力最强,最大压缩状态可以为一个平面,所有线圈都落在支承座上,其高度仅为单个线圈直径,相比其它弹簧所占空间更小。圆锥螺旋弹簧的刚度主要与弹簧丝直径d,螺旋角α和端部线圈直径D1、D2有关,目前已有相关研究人员针对螺旋角α进行设计,给出了α满足的关系式,使得弹簧的刚度满足大范围的线弹性。但是这种线弹性弹簧存在如下缺陷:1、螺旋角α在整个弹簧是变化的,不易控制α的大小,α过大会导致弹簧易发生剪切破坏,α过小会导致线圈间距变小,易发生挤压破坏;2、这种弹簧既不属于等节距圆锥弹簧也不属于等螺旋角圆锥弹簧,目前还没有成熟的制造技术;3、这种弹簧在设计过程中除考虑α应满足的关系式之外,还要考虑弹簧螺旋线和线圈半径满足的关系式,设计参数过多且复杂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种新的超线弹性大变形弹簧设计方法,克服目前大变形线弹性圆锥弹簧存在的缺陷。针对等螺旋角圆锥螺旋弹簧(螺旋角α可控制在合适大小),给出载荷与变形的计算式,探究弹簧丝直径d,和端部线圈直径D1、D2对弹簧刚度的影响,得到弹簧刚度为大范围线弹性的解析解。本专利技术的技术方案:一种超线弹性大变形弹簧设计方法,步骤如下:(1)等螺旋角圆锥弹簧载荷与变形的计算式如图1所示,对于等螺旋角圆锥弹簧,在轴向力的作用下分为线性、转折点 ...
【技术保护点】
一种超线弹性大变形弹簧设计方法,其特征在于,步骤如下:(1)等螺旋角圆锥弹簧载荷与变形的计算对于等螺旋角圆锥弹簧,在轴向力的作用下分为线性、转折点、非线性和完全压并四个阶段;线性阶段的变形,以圆柱弹簧为基础,将圆锥弹簧的每一个线圈视为圈数为一个圆柱弹簧,根据圆柱弹簧的刚度表达式,对其进行积分,计算圆锥弹簧在轴向载荷作用下的变形;非线性阶段的变形,根据弹簧的螺旋角不变,通过临界线圈和临界线圈直径连接线性和非线性阶段,将线性和非线性部分的变形进行叠加,得总变形为:
【技术特征摘要】
1.一种超线弹性大变形弹簧设计方法,其特征在于,步骤如下:(1)等螺旋角圆锥弹簧载荷与变形的计算对于等螺旋角圆锥弹簧,在轴向力的作用下分为线性、转折点、非线性和完全压并四个阶段;线性阶段的变形,以圆柱弹簧为基础,将圆锥弹簧的每一个线圈视为圈数为一个圆柱弹簧,根据圆柱弹簧的刚度表达式,对其进行积分,计算圆锥弹簧在轴向载荷作用下的变形;非线性阶段的变形,根据弹簧的螺旋角不变,通过临界线圈和临界线圈直径连接线性和非线性阶段,将线性和非线性部分的变形进行叠加,得总变形为:式中:P表示轴向载荷,D1、D2表示端部线圈直径,N0表示有效线圈数,L0表示弹簧极限变形长度,G表示剪切模量,d表示弹簧丝直径;N1表示临界线圈数,计算式为DT表示临界直径,计算式为当DT=D2时,得临界载荷当DT=D1时,得最大载荷圆锥弹簧完全压并时为平面所满足的条件为:R(θ+2π)-R(θ)≥d(2)式中:R表示圆锥弹簧线圈的半径;(2)完全线性弹簧d满足的函数关系由于d满足一定的函数关系式,因此在推导等螺旋角圆锥弹簧的变形计算式时与式(1)有所不同;已知单个弹簧线圈的柔度即单位轴向力作用下的变形量,计算式为:已...
【专利技术属性】
技术研发人员:肖文灵,吴承伟,张伟,马建立,马国军,吕永涛,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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