弹簧丝横截面上各内力对锥形弹簧刚度的影响

作     者：李峥彬 钱宁伟 肖奉英 沈逸舟 黄模佳 LI Zhengbin;QIAN Ningwei;XIAO Fengying;SHEN Yizhou;HUANG Mojia

作者机构：南昌大学工程力学系江西南昌330031 

出 版 物：《南昌大学学报（工科版）》 (Journal of Nanchang University(Engineering & Technology))

年 卷 期：2022年第44卷第2期

页      面：176-182页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主　　题：弹簧刚度 锥形螺旋弹簧 弹簧丝倾斜度 弹簧径径比 弹簧丝变形能 

摘      要：横截面上的内力包括扭矩、弯矩、轴力和剪力。锥形螺旋弹簧刚度的经典表达式由外力所做功等于弹簧丝的扭转变形能获得,但经典表达式未考虑弹簧丝倾斜度与弹簧丝弯曲变形的关系及其对弹簧刚度的影响,也未考虑弹簧径径比(弹簧丝直径d和锥形弹簧圈最大半径R1之比d/R1)与弹簧丝剪切变形的关系及其对弹簧刚度的影响。求解弹簧丝在扭转、弯曲、剪切以及轴力作用下的组合变形能,利用外力功等于弹簧丝的组合变形能,推导出包含弹簧丝倾斜度及弹簧径径比影响的弹簧刚度表达式,该锥形弹簧刚度表达式可退化为圆柱弹簧刚度计算式、可退化为锥形螺旋弹簧的经典表达式。当弹簧丝倾斜度和弹簧径径比较大时,由锥形弹簧刚度经典表达式得到的计算值与有限元仿真结果的误差达7%,而新给出的锥形弹簧刚度表达式计算值与有限元结果的误差在1%之内,新给出的锥形螺旋弹簧刚度表达式对锥形螺旋弹簧的工程设计和应用具有指导意义。