圆柱螺旋弹簧设计计算

zengxiaodong · 发表于 2023-9-24 09:15

用Ansys进行弹簧的三维有限元分析，感觉很费劲！

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-24 12:44

断面是圆或者是椭圆，取决于断面的空间方向。如果断面平行于法向的话，断口就是圆形截面（如上贴下图），而如果断面平行于总体坐标平面，则断口是椭圆形（见下图）

无标题.png

这样便于施加约束、加载和求解。

无标题1.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-24 13:40

合成应力似乎很大

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 10:33

轴心截面的剪应力云图，其内侧剪应力1761Mpa与理论值还是比较吻合的

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 10:50

ASD计算的剪应力是1781Mpa

无标题.png

补充内容 (2023-9-30 06:54):
按照《弹簧手册》的计算公式，对于油淬火回火弹簧钢丝冷卷成形的压缩弹簧，如果是静载工况，其许用剪切应力可以为0.6倍的抗拉强度（第2版），0.55倍抗拉强度（第3版），而GB标准中，仅允许0.5倍抗拉强度。

而且，静载弹簧的系数K可以取值为1.0，也就是ASD中的Uncorrected Stress

补充内容 (2023-9-30 06:55):
对于2000Mpa的TDSiCr-C材料而言，假设取值尽量大的话，许用剪切应力为1200Mpa，上图中剪切应力达到了1299Mpa，略有超过。

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 11:14

有限元计算出来的轴向力34646N，也与ASD计算结果非常接近！

***** SUMMATION OF TOTAL FORCES AND MOMENTS IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM *****
  FX  = -0.6790282E-07
  FY  = 34646.47
  FZ  = 1087.985
  MX  =  -150822.2
  MY  =  -19890.23
  MZ  =  -1081157.

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 13:58

究竟是以Von Mises应力为限，还是以剪应力为限呢？

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 15:56

本帖最后由 zengxiaodong 于 2023-9-26 06:01 编辑

在这篇论文中，合成当量应力的计算采用了简化公式，尤其是两个σ的计算采用了简化公式。

而且根号里面τ的4次方错了，应该是τ的2次方

无标题.png

基于ANSYS的圆柱螺旋弹簧的强度与疲劳寿命分析_李红艳.pdf (271.33 KB, 下载次数: 4)

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 15:58

而在张英会等所著的《弹簧手册》第3版中，提供了精确的计算公式，用于计算各个应力，以及计算合成当量应力。

无标题1.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 16:01

同样是张英会《弹簧手册》第3版，也提供了简化的计算公式。
那就是：两个σ都等于零，这样的话，当量应力就默认为2倍的剪应力了！

无标题2.png

圆截面弹簧钢丝压缩弹簧的应力和变形计算

无标题3.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 16:39

按照第一强度理论，只考虑最大主应力，这个对于弹簧来说似乎还算靠谱！

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 16:42

本帖最后由 zengxiaodong 于 2023-9-25 16:43 编辑

Von Mises应力，其实就是第4强度理论

强度理论.png

但是，弹簧书籍里面的合成当量应力，并没有采用4大强度理论里面的任何一个理论，而是采用了另外的莫尔强度理论

zengxiaodong · 发表于 2023-9-26 13:31

收集了一些弹簧有限元分析的论文资料。

无标题1.png

弹簧有限元分析.part1.rar (4 MB, 下载次数: 0)

弹簧有限元分析.part2.rar (4 MB, 下载次数: 0)

弹簧有限元分析.part3.rar (4 MB, 下载次数: 0)

弹簧有限元分析.part4.rar (1.38 MB, 下载次数: 0)

zengxiaodong · 发表于 2023-9-29 10:35

在拉压极限强度相等时，莫尔强度理论退化成为第3强度理论。

无标题.png

悬架弹簧工作应力和刚度分析_骆振兴.pdf (443.19 KB, 下载次数: 2)

zengxiaodong · 发表于 2023-9-29 10:37

前面我们提到过通常的钢结构经验公式，材料的抗剪极限强度等于0.707倍的抗拉强度；但是，弹簧领域也有一个说法是抗剪弹性极限强度等于0.45倍的抗拉强度（油淬火回火钢丝）。

这两者可谓是差距巨大！

强压弹簧研究.pdf (921.85 KB, 下载次数: 0)

无标题1.png

新型货车转向架螺旋弹簧三维有限元分析与疲劳寿命估算_商跃进.pdf (555.51 KB, 下载次数: 2)

圆柱压缩螺旋弹簧三维静动态有限元分析与寿命预测_商跃进.pdf (565.43 KB, 下载次数: 2)

zengxiaodong · 发表于 2023-9-30 06:50

本帖最后由 zengxiaodong 于 2023-9-30 06:53 编辑

但是，前面楼层对该弹簧精确的有限元计算，得到的剪应力为1761Mpa，其Von Mises应力更是超过了3000Mpa，这个当量应力数值已经远远超过了弹簧丝的抗拉强度了！那么，这个弹簧究竟能否承载设定的载荷呢？

退一步来说，按照经验数值，材料抗剪强度一般可以取到抗拉强度的0.707倍，也就是TDSiCr-C的剪切强度估计可以达到1414Mpa，所以按照《弹簧手册》的计算方法，不考虑曲度系数，该弹簧是可以承载设定载荷的，但是处于临界破坏的边缘。

而有限元计算的剪应力，已经超过材料的剪切强度极限，所以肯定会发生剪切屈服破坏；尤其是按照当量应力来考核的话，那就远远超过材料强度极限了，根本就无法承载设定的载荷！

zengxiaodong · 发表于 2023-10-4 09:36

勐海7572 · 发表于 2023-10-5 07:23

《特殊钢钢丝》,下载解压不了，能发一份到我的QQ邮箱吗？感谢！

勐海7572 · 发表于 2023-10-5 07:45

特殊钢钢丝》,全下载了，都解压不了，能发一份到我的QQ邮箱吗？感谢！ QQ邮箱:771742782@qq.com

zengxiaodong · 发表于 2023-10-5 08:24

勐海7572 发表于 2023-10-5 07:23
《特殊钢钢丝》,下载解压不了，能发一份到我的QQ邮箱吗？感谢！

看到你的帖子，立即自己下载了一遍共11个文件，不仅可以下载还能够正常解压，解压出来的PDF文件也是完全正常的！

无标题1.png

		自动登录	找回密码
密码			立即注册

Flux电机有限元分析教程西莫团购入口 \| 奖励入口	当当网购物入口 \| 奖励入口	欢迎使用！西莫论坛App开放下载	Motor-CAD电机多物理域设计教材购买入口 \| 奖励入口
★新会员论坛须知★	《西莫电机技术》第39期发售火热进行中	Flux电机电磁阀有限元分析教程团购入口 \| 奖励入口	论坛微信公众平台欢迎入驻
西莫电机及相关产品供需交流群开放邀请	★ 论坛VIP会员申请 ★	Motor-CAD.MANATEE电磁热振动噪声教程 \| 奖励入口	西莫团队欢迎您的加盟！
宣传推广合作请联系QQ：25941174	西莫电机论坛微信群正式开放	Flux变压器与电抗器有限元分析团购入口 \| 奖励入口	西莫电机论坛技术版区QQ群汇总

[分享] 圆柱螺旋弹簧设计计算