搜索SolidWorks在彈簧設計中的應用
2017-09-13 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
1 引言
彈簧是常用件和標準件,廣泛的被應用于機械裝置、機電產品中,用來夾緊、減震、儲能、和測量等,對彈簧進行準確、高效的參數化建模,有很大的應用價值。在SolidWorks軟件中,雖然有Toolbox功能,它提供了各國、各組織的標準件庫,包括螺栓、鍵、軸承、齒輪等,但沒有彈簧的標準件庫供我們調用,所以我們的產品中如果使用到彈簧就需要自己建模,現在的彈簧建模中,彈簧的端部往往是沒有壓并、沒有磨平的,而工程或產品中經常用到的是壓并、磨平的冷壓或熱壓彈簧,這就使模型與實際不符,為后續的CAE帶來很大的麻煩。在彈簧的設計和制造中,因為有壓并,設計完彈簧尺寸后,彈簧絲的展開長度計算相對麻煩而不精確,因為壓并和磨平,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、磨平彈簧的參數化精確建模,進行彈簧絲的展開長度和自由高度精確測量。
2 彈簧設計參數
此彈簧應用于某生產線復位裝置,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,抗拉強度σb=1373MPa,許用切應力τb=480.55(MPa)。選用端部為壓并、磨平型式,壓并圈數n2=2,旋繞比C=7.11,根據相關計算,彈簧的結構尺寸參數,如表1所示。
表1 彈簧結構尺寸參數
3 SolidWorks的應用
3.1 彈簧的參數化建模
根據彈簧的結構尺寸和端部型式,在SolidWorks中先對螺旋線的參數進行設定,如圖1所示。圖中:Rev——彈簧的圈數;Dia——彈簧中徑;P——節距。
圖1 螺旋線參數設定
因為彈簧結構為壓并、磨平,壓并圈數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,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,第7-8圈為壓并,生成螺旋線,如圖2所示。
圖2 壓并螺旋線
對螺旋線進行圓形“掃描”,圓的直徑設定為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、磨平的參數化模型完成,如圖4所示。
圖3 壓并、無磨平彈簧
圖4 壓并、磨平彈簧
3.2 彈簧參數的測量
SolidWorks的發展很快,從SolidWorks2001版本容量為500多MB,到SolidWorks2010版本容量為4.99GB,它的功能越來越強大,只要合理、巧妙運用這些功能,它就會為我們的設計帶來很多使得,大大提高我們的工作效率和工作能力。在彈簧設計中,彈簧鋼絲展開長度L和自由高度Ho難以準確預算的問題,現在巧妙運用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。
圖5 鋼絲展開長度測量
圖6 自由高度測量
4 結束語
合理使用SolidWorks可以建立精確的壓并、磨平彈簧參數化模型,準確的測量出鋼絲的展開長度和自由高度,解決了以前彈簧設計中的難題,進行設計尺寸校核,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應用到彈簧的設計中,可以為后續的計算機輔助分析和彈簧的制造提供準確的基礎模型和數據,它提高了彈簧的設計效率和設計質量。
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