米兰的小铁匠 发表于 3 天前

单聊弹簧应该还行,说说弹簧的动态

弹簧压缩后,上下两端固定,达到平衡态。单独切簧丝的截面分析,受扭转,表面应力最大,再叠加两端的剪切力,内圈表面应力偏大一些。静态下应力好计算,但是当一端高频运动的时候,就要考虑动态应力的影响。


一根音叉,一端固定,拨一下另一端,振动会发出嗡的声音,持续一段时间,振幅逐渐减小到最后就静止了。


弹簧也是类似的,突然在下端拨一下,相当于施加一个轴向位移,这时候上端不会马上有反应,而是要等应变传递上来,有一个微小时间差,应变再传回下端,幅值有衰减,完成一个周期的传递。这个周期是固有的,只跟弹簧材料和尺寸有关。不断循环衰减,最后又回到了平衡状态。


现在下端不是拨一下,而是施加一个周期的正弦波运动。这个正弦波传递到上端,再返回下端,回波还是正弦波,周期不变,但是幅值和相位都变化了。回波在弹簧两端传递,经历n个循环,幅值逐渐衰减到零,又回到了平衡态。


现在下端换成连续的正弦波激励。这样,前面n个周期的余波只要没衰减到零,都会在弹簧两端来回传递。于是弹簧下端的应变需要叠加前n个周期的正弦波的回波,他们的周期相同,但是幅值和相位都不一样。正弦波叠加,谷峰会抵消,峰峰会相加。当激励端频率接近弹簧固有频率时,各个回波相位偏移正好是周期的倍数,激励波和所有回波的波峰重叠,这就形成了共振。


实际上弹簧的激励不是简谐的,用傅里叶展开后能表示成一系列不同频率的正弦波。这些波在弹簧两端来回传播,再加上前面各周期传递回来的余波,组成了一个叠加态的振动波。对于弹簧的任一截面,都是这样的振动状态。


以上算是原理概括吧,比较绕,涉及到很多参数需要定量计算,各参数确定了,就能计算在任一时刻,弹簧任一截面的动态应力。有了动态应力,才能再进行寿命计算。


目前在写一个小软件,输入弹簧密度,剪切模量,有效圈数,尺寸,刚度,压缩量,预紧力和动端的运动,还有阻尼,来求解弹簧任一时刻任一位置的动态力和动态应力,模型既包括颤振也预测共振。输出的结果是理论值,精确值需要实验实测后进行阻尼修正,固有频率修正,需要贴应变片,上catman。


等后面整理清楚了再详细说说定量计算公式的推导,需要从杆柱的纵向振动开始,切出一片极薄的圆柱,受力分析,推导出波动方程。再把杆柱按照同质量,同刚度对应到弹簧,把杆柱参数替换成弹簧参数。再推导出来动态应力的公式。


弹簧牵扯的知识真的巨多,还有稳定性计算,寿命计算,高周疲劳,超高周疲劳,断口分析。弹簧对夹杂,表面缺陷特别敏感,不锈钢簧,VDSiCr的簧,高应力高寿命就要用家普藤的,家普藤做拔丝,前序的轧棒,再前序的ESR,ESR前的钢坯都有对应的供应商,还有弹簧厂的绕制,喷几次丸,丸粒大小,压痕弧深,覆盖率,热固温度和时间,回火,这些都影响寿命。还有测残余应力的实验,疲劳实验,失效概率计算。一系列的知识,还需要慢慢积累总结。


专科生MAX 发表于 3 天前

麻烦将躺赢公式写好后给我看看。

2266998 发表于 3 天前

弹簧要能说的一套一套的,就单凭这个,就能吃好饭

大色猫 发表于 3 天前

弹簧非常复杂,

zhangxiuguo 发表于 3 天前

大佬做这一行吗?设计还是制造?

零件工程师 发表于 3 天前

大侠说的非常好,呐,你说的耐久台子还有其他的,可以找我买,哈哈

螺旋线 发表于 3 天前

老维修,这不你前东家的专业嘛

wf2725864 发表于 3 天前

我记得弹簧在材料力学里面讲过一点

机小妖 发表于 3 天前

大侠说的是卷积,杜哈梅积分
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