螺旋壓縮彈簧的穩(wěn)定性分析

摘 要：首先用SolidWorks建立某圓柱型螺旋壓縮彈簧和中凹型螺旋壓縮彈簧的幾何模型；其次分別導(dǎo)入MSC.Marc軟件生成彈簧的有限元模型，先求出其兩端固定時的臨界載荷，再對彈簧進(jìn)行靜力分析，繪制出載荷-撓度曲線圖。通過比較，得出其中穩(wěn)定性較好的彈簧模型。

關(guān)鍵詞：螺旋壓縮彈簧；穩(wěn)定性分析；有限元

彈簧是通過其自身產(chǎn)生較大彈性變形進(jìn)行工作的一種彈性元件。在各類機(jī)器中的應(yīng)用十分廣泛。

1 堆垛機(jī)建模

1.1 彈簧失穩(wěn)失效

隨著彈簧在許多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多承載用的設(shè)備對彈簧的性能要求越來越高。螺旋壓縮彈簧是其中一種最常用的彈簧，對于細(xì)長比較大的圓柱型螺旋壓縮彈簧，當(dāng)軸向工作載荷超過其臨界載荷時系統(tǒng)會產(chǎn)生側(cè)向彎曲，比如一端固定一端回旋細(xì)長比大于3.7，兩端都回旋的彈簧細(xì)長比大于2.6時都會發(fā)生較大的側(cè)向位移，這種失穩(wěn)屈曲會導(dǎo)致彈簧工作失效。因此對于細(xì)長螺旋壓縮彈簧，特別是大型、要害部位使用的螺旋壓縮彈簧，其穩(wěn)定性計算具有重要意義。

本課題利用solidworks建立模型，marc有限元進(jìn)行分析，通過對等彈簧絲截面，最大中徑相等的圓柱型螺旋壓縮彈簧和中凹型螺旋壓縮彈簧的失穩(wěn)形態(tài)進(jìn)行分析，得出相對理想的常見承載彈簧的形狀。從而驗證了彈簧的穩(wěn)定性屈曲分析能通過這種方式來分析，具有一定的意義。

1.2 建立模型

首先引進(jìn)所選彈簧的基本參數(shù)及數(shù)值，兩種彈簧尺寸為：彈簧自由高度（H0）：240mm；彈簧中徑（D）：40mm；彈簧絲直徑（d）：6mm；有效圈數(shù)（n）：8，利用SolidWorks建立彈簧的幾何模型，完成后將其以“IGS”格式保存一份文件為moxiny.igs。

2 壓縮彈簧的穩(wěn)定性分析

方法描述：分析螺旋壓縮彈簧在失穩(wěn)前后的屈曲形態(tài)，可先對兩端約束的彈簧進(jìn)行臨界載荷的求解，再在臨界失穩(wěn)載荷的附近加載不同的載荷，得到用以描述彈簧失穩(wěn)狀態(tài)的載荷-撓度曲線。

2.1 圓柱型螺旋壓縮彈簧的撓度曲線

2.1.1 圓柱型螺旋壓縮彈簧的臨界載荷

2.2 中凹型螺旋壓縮彈簧的撓度曲線

2.2.1 中凹型螺旋壓縮彈簧的臨界載荷

本課題利用solidworks建立模型，marc有限元進(jìn)行分析，通過對等彈簧絲截面，最大中徑相等的圓柱型螺旋壓縮彈簧和中凹型螺旋壓縮彈簧的失穩(wěn)形態(tài)進(jìn)行分析，顯然，從以上圖表中可見，中凹型螺旋壓縮彈簧的穩(wěn)定性要比圓柱型螺旋壓縮彈簧好，是相對理想的常見承載彈簧的形狀。

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