一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，首先，建立直線斜圈彈簧和環(huán)形斜圈彈簧的幾何參數(shù)方程；其次，通過(guò)幾何參數(shù)方程繪制各類(lèi)斜圈彈簧的幾何模型，并導(dǎo)入到有限元軟件ANSYS中進(jìn)行數(shù)值模擬，得到調(diào)節(jié)其各種幾何參數(shù)時(shí)斜圈彈簧在工作達(dá)到并圈前的荷載-位移曲線，并通過(guò)改變參數(shù)，得出各幾何參數(shù)對(duì)該荷載-位移曲線的影響，同時(shí)通過(guò)樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到直線斜圈彈簧和環(huán)形斜圈彈簧在實(shí)際工作中的荷載-位移曲線；最后，將有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證有限元計(jì)算的合理性，從而驗(yàn)證幾何參數(shù)方程的可行性。本發(fā)明通過(guò)實(shí)驗(yàn)和有限元計(jì)算結(jié)果提出斜圈彈簧的生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，具有創(chuàng)新意義，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及斜圈彈簧力學(xué)性能研究的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械設(shè)備中連接件結(jié)構(gòu)性能的穩(wěn)定性和可靠性一直是工程界關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)，而斜圈彈簧由于其線圈尺寸小，數(shù)量多，有很高的通流能力和很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，從而使得斜圈彈簧特別適合用于連接件的設(shè)計(jì)。
[0003]斜圈彈簧與一般正圈彈簧相比，在實(shí)際應(yīng)用中其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，安裝方便，接觸點(diǎn)多，導(dǎo)電性能好，高電流容量，電動(dòng)及熱穩(wěn)定性高，電場(chǎng)分布均勻，接觸變形范圍較大而接觸壓力基本恒定，磨損小，使用周期長(zhǎng)，開(kāi)槽尺寸簡(jiǎn)單易加工，規(guī)格系列化，可配多種直徑的導(dǎo)電桿?；谶@些特點(diǎn)，作為連接件在電力行業(yè)擁有廣泛的市場(chǎng)。
[0004]斜圈彈簧的生產(chǎn)制造系美國(guó)巴塞爾公司的專(zhuān)利技術(shù)，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有成熟的生產(chǎn)工藝，然而由于國(guó)外的技術(shù)壟斷，限制了該產(chǎn)品在我國(guó)的生產(chǎn)和發(fā)展，國(guó)內(nèi)的仿制品由于技術(shù)或工藝問(wèn)題導(dǎo)致與進(jìn)口產(chǎn)品相比在性能上存在較大差距，使用壽命僅為國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的1/10，由于該產(chǎn)品是高壓斷路器的關(guān)鍵零件之一，市場(chǎng)需求大卻大部分依賴(lài)進(jìn)口。國(guó)內(nèi)已有部分技術(shù)人員對(duì)該斜圈彈簧設(shè)計(jì)有所研究，但大多數(shù)研究的都是有關(guān)電學(xué)性能方面，力學(xué)性能方面的研究涉及甚少。由于斜圈彈簧的尺寸大小，傾斜角度等空間幾何特征參數(shù)與其工作過(guò)程中受到的載荷大小密切相關(guān)，從而對(duì)其使用的壽命有一定的影響，因此研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的斜圈彈簧生產(chǎn)工藝和技術(shù)具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也是一項(xiàng)迫切任務(wù)，同時(shí)彈簧是機(jī)械構(gòu)件中受力比較復(fù)雜的元件，對(duì)其展開(kāi)研究也具備較高的理論價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提供一種合理、可靠、高效的斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，能直接為生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，首先，建立直線斜圈彈簧和環(huán)形斜圈彈簧的幾何參數(shù)方程；其次，通過(guò)幾何參數(shù)方程繪制各類(lèi)斜圈彈簧的幾何模型，并導(dǎo)入到有限元軟件ANSYS中進(jìn)行數(shù)值模擬，得到調(diào)節(jié)其各種幾何參數(shù)時(shí)斜圈彈簧在工作達(dá)到并圈前的荷載-位移曲線，并通過(guò)改變參數(shù)，得出各幾何參數(shù)對(duì)該荷載-位移曲線的影響，通過(guò)計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出幾何參數(shù)間的關(guān)系，即經(jīng)驗(yàn)公式，同時(shí)通過(guò)樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到直線斜圈彈簧和環(huán)形斜圈彈簧在實(shí)際工作中的荷載-位移曲線；最后，將有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證有限元計(jì)算的合理性，從而驗(yàn)證幾何參數(shù)方程的可行性。
[0007]建立的直線斜圈彈簧的幾何參數(shù)方程，如下:
[0008]I)線模型方程
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，其特征在于:首先，建立直線斜圈彈簧和環(huán)形斜圈彈簧的幾何參數(shù)方程；其次，通過(guò)幾何參數(shù)方程繪制各類(lèi)斜圈彈簧的幾何模型，并導(dǎo)入到有限元軟件ANSYS中進(jìn)行數(shù)值模擬，得到調(diào)節(jié)其各種幾何參數(shù)時(shí)斜圈彈簧在工作達(dá)到并圈前的荷載-位移曲線，并通過(guò)改變參數(shù)，得出各幾何參數(shù)對(duì)該荷載-位移曲線的影響，通過(guò)有限元計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出幾何參數(shù)間的關(guān)系，即經(jīng)驗(yàn)公式，同時(shí)通過(guò)樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到直線斜圈彈簧和環(huán)形斜圈彈簧在實(shí)際工作中的荷載-位移曲線；最后，將有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證有限元計(jì)算的合理性，從而驗(yàn)證幾何參數(shù)方程的可行性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，其特征在于，建立的直線斜圈彈簧的幾何參數(shù)方程，如下: 1)線模型方程
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，其特征在于，建立的環(huán)形斜圈彈簧的幾何參數(shù)方程，如下: .1)徑向斜圈彈簧的參數(shù)方程 . 1.1)在圓柱坐標(biāo)下建立徑向斜圈彈簧方程:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，其特征在于:在有限元軟件ANSYS中進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，采用的是梁?jiǎn)卧狟EAM44模擬，所述梁?jiǎn)卧狟EAM44是一種具有承受拉、壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲能力的三維單軸梁?jiǎn)卧?，單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度:x、1、z方向的平移和X、j、z軸向移動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)單元允許具有不對(duì)稱(chēng)的端面結(jié)構(gòu)，并且允許端面節(jié)點(diǎn)偏離截面形心位置，此外彈簧材料為鈹青銅，取彈性模量為1.3e5MPa，泊松比為0.32 ； 對(duì)于直線斜圈彈簧，采用的邊界條件是:彈簧的一自由端處施加軸向，即Z方向位移約束，彈簧的下端施加X(jué)，Y兩個(gè)方向的位移，位移均為零；彈簧的上端施加X(jué)，Y兩個(gè)方向的位移，其中X方向位移為零，Y方向的位移根據(jù)模擬需求變化，即施加不同的位移載荷； 對(duì)于環(huán)形斜圈彈簧中的徑向斜圈彈簧，采用的邊界條件是:利用外圈全部固定；內(nèi)圈環(huán)向可移動(dòng)，軸向固定，徑向加載分析了整個(gè)模型； 對(duì)于環(huán)形斜圈彈簧中的軸向斜圈彈簧，采用的邊界條件是:圈頂端徑向固定，軸向施加位移荷載，環(huán)向可移動(dòng)；圈底端全部固定；樣品彈性模量取1.3e5MPa，泊松比取0.32 ； 通過(guò)各幾何參數(shù)對(duì)荷載-位移曲線的影響，經(jīng)有限元計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出幾何參數(shù)間的關(guān)系，可得到如下的有關(guān)斜圈彈簧參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式: C=Ab λ e [0.45 ~0.53] 式中，c為傾幅，即與正圈彈簧相比圈頂在軸向偏移的距離；b為斜圈彈簧的短半軸，即圈高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，其特征在于:在進(jìn)行樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，將樣品在MTS試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)，通過(guò)MTS試驗(yàn)機(jī)對(duì)待測(cè)彈簧樣品施加荷載，得出彈簧在實(shí)際工作中的荷載-位移的關(guān)系曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜圈彈簧力學(xué)性能測(cè)試方法，其特征在于:采用PRO/E軟件建立斜圈彈 簧的幾何模型，并選用IGS格式導(dǎo)出到有限元軟件ANSYS中進(jìn)行有限元分析。
【文檔編號(hào)】G01N3/00GK103954494SQ201410199391
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】袁鴻, 張煥亮, 劉三星, 韓軍 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)