搜索SolidWorks在弹簧设计中的应用
2017-09-13 by:CAE仿真在线 来源:互联网
1 引言
弹簧是常用件和标准件,广泛的被应用于机械装置、机电产品中,用来夹紧、减震、储能、和测量等,对弹簧进行准确、高效的参数化建模,有很大的应用价值。在SolidWorks软件中,虽然有Toolbox功能,它提供了各国、各组织的标准件库,包括螺栓、键、轴承、齿轮等,但没有弹簧的标准件库供我们调用,所以我们的产品中如果使用到弹簧就需要自己建模,现在的弹簧建模中,弹簧的端部往往是没有压并、没有磨平的,而工程或产品中经常用到的是压并、磨平的冷压或热压弹簧,这就使模型与实际不符,为后续的CAE带来很大的麻烦。在弹簧的设计和制造中,因为有压并,设计完弹簧尺寸后,弹簧丝的展开长度计算相对麻烦而不精确,因为压并和磨平,也给自由高度计算带来很大的困扰。针对上述问题,探讨利用SolidWorks完成压并、磨平弹簧的参数化精确建模,进行弹簧丝的展开长度和自由高度精确测量。
2 弹簧设计参数
此弹簧应用于某生产线复位装置,工作要求为:安装载荷F1=200N,工作载荷F2=20N,安装高度H1=56mm,工作行程h=10mm,要求刚度h'=22N/mm,载荷作用次数N=10000次,属于Ⅱ类载荷。
弹簧的性能和使用寿命在很大程度上取决于材料的选择,根据工作要求,选择弹簧材料为油淬火回火碳素弹簧钢丝,它的切变模量G=79000MPa,弹性模量E=206000M Pa,抗拉强度σb=1373MPa,许用切应力τb=480.55(MPa)。选用端部为压并、磨平型式,压并圈数n2=2,旋绕比C=7.11,根据相关计算,弹簧的结构尺寸参数,如表1所示。
表1 弹簧结构尺寸参数
3 SolidWorks的应用
3.1 弹簧的参数化建模
根据弹簧的结构尺寸和端部型式,在SolidWorks中先对螺旋线的参数进行设定,如图1所示。图中:Rev——弹簧的圈数;Dia——弹簧中径;P——节距。
图1 螺旋线参数设定
因为弹簧结构为压并、磨平,压并圈数n2=2,所以此螺旋线的螺距P不为恒定,选“可变螺距”,第1圈为压并,取螺距P为钢丝直径d=4.5mm,笫1-2.5圈为过渡区,螺距从4.5mm渐变到10.17mm,第2.5-5.5圈螺距恒定为10.17,第5.5-7圈为过渡区,第7-8圈为压并,生成螺旋线,如图2所示。
图2 压并螺旋线
对螺旋线进行圆形“扫描”,圆的直径设定为4.5mm,即钢丝直径,就可得到压并、无磨平弹簧,如图3所示,两端切除形成磨平,压并、磨平的参数化模型完成,如图4所示。
图3 压并、无磨平弹簧
图4 压并、磨平弹簧
3.2 弹簧参数的测量
SolidWorks的发展很快,从SolidWorks2001版本容量为500多MB,到SolidWorks2010版本容量为4.99GB,它的功能越来越强大,只要合理、巧妙运用这些功能,它就会为我们的设计带来很多使得,大大提高我们的工作效率和工作能力。在弹簧设计中,弹簧钢丝展开长度L和自由高度Ho难以准确预算的问题,现在巧妙运用SolidWorks中的“测量”功能,这两个问题便迎刃而解,“测量”图2所示螺旋线的长度,即钢丝轴线的长度,就可以得到弹簧钢丝展开长度L=806.66mm,如图5所示。点选弹簧模型两个磨平面,“测量”出两端面之间的距离,即自由高度Ho=64.35mm,如图6所示。通过模型观察就可以算出压并高度Hb,8倍的钢丝直径,压并高度Hb=36mm。
图5 钢丝展开长度测量
图6 自由高度测量
4 结束语
合理使用SolidWorks可以建立精确的压并、磨平弹簧参数化模型,准确的测量出钢丝的展开长度和自由高度,解决了以前弹簧设计中的难题,进行设计尺寸校核,自由高度Ho=64.35mm,压并高度Hb=36mm,满足工作要求:安装高度H1=56mm,工作行程h=10mm。SolidWorks应用到弹簧的设计中,可以为后续的计算机辅助分析和弹簧的制造提供准确的基础模型和数据,它提高了弹簧的设计效率和设计质量。
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