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蜗卷弹簧导波频散特性与导波探头设计

科学技术与工程 2019年第4期19卷 27-32页

作者：边美华梁世容彭家宁梁庆国广西电网有限责任公司电力科学研究院南宁530023

蜗卷弹簧是高压断路器的关键零件,可用超声导波来检测裂纹损伤。超声导波的频散特性研究是影响导波检测的重要因素,也是导波探头设计的基本依据。首先推导了蜗卷弹簧的超声导波频散方程,说明理论上无法直接计算得到蜗卷弹簧的频散特性;... 详细信息

蜗卷弹簧是高压断路器的关键零件,可用超声导波来检测裂纹损伤。超声导波的频散特性研究是影响导波检测的重要因素,也是导波探头设计的基本依据。首先推导了蜗卷弹簧的超声导波频散方程,说明理论上无法直接计算得到蜗卷弹簧的频散特性;通过借鉴圆柱壳结构周向导波的频散特性研究方法,把蜗卷弹簧的各圈近似为不同半径的圆柱壳结构、计算得到其频散曲线,从而得到蜗卷弹簧的频散特性。频散曲线表明蜗卷弹簧的形状参数是影响其频散特性的主要因素。以蜗卷弹簧外圈为例,计算了频率和探头入射角以及导波模态三者的关系,为导波探头频率选择及楔块角度设计提供参考。

关键词：蜗卷弹簧周向导波圆柱壳结构频散曲线频率选择

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蜗卷弹簧超声导波检测的数值仿真分析

中国工程机械学报 2021年第5期19卷 409-413页

作者：边美华梁世容彭家宁梁庆国广西电网有限责任公司电力科学研究院广西南宁530012

储能蜗卷弹簧是高压断路器操动机构的核心部件,对其超声导波检测是确保电网安全稳定运行的重要措施。为了高效地研制蜗卷周向超声导波检测装置,利用ABAQUS建立了蜗卷弹簧周向导波的仿真分析模型,分别研究了不同激励频率的超声导波在蜗... 详细信息

储能蜗卷弹簧是高压断路器操动机构的核心部件,对其超声导波检测是确保电网安全稳定运行的重要措施。为了高效地研制蜗卷周向超声导波检测装置,利用ABAQUS建立了蜗卷弹簧周向导波的仿真分析模型,分别研究了不同激励频率的超声导波在蜗卷弹簧中的传播特性及其对蜗卷弹簧表面预制裂纹检测效果。结果表明:导波激励信号频率越高,导波在卷簧中衰减越快,信号幅值越小;对不同情况的裂纹需采用不同的导波检测频率才能准确地判断卷簧整体状态。

关键词：蜗卷弹簧超声导波传播特性裂纹检测数值仿真

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基于超声导波的蜗卷弹簧缺陷检测研究

基于超声导波的蜗卷弹簧缺陷检测研究

作者：覃小倩广西大学

学位级别：硕士

蜗卷弹簧由于其自身的优异性能被广泛应用于各类机械结构中,如机械表机芯游丝蜗卷弹簧和高压断路器弹簧操动机构中的储能蜗卷弹簧等。蜗卷弹簧的材料性能及其力学特性对机构的稳定性和安全性有很大影响。高压断路器储能蜗卷弹簧在经过... 详细信息

蜗卷弹簧由于其自身的优异性能被广泛应用于各类机械结构中,如机械表机芯游丝蜗卷弹簧和高压断路器弹簧操动机构中的储能蜗卷弹簧等。蜗卷弹簧的材料性能及其力学特性对机构的稳定性和安全性有很大影响。高压断路器储能蜗卷弹簧在经过长期多次的操作后很容易出现疲劳裂纹等损伤,对高压断路器的稳定操作带来了很大影响。本文以高压断路器储能蜗卷弹簧为实验对象,根据储能蜗卷弹簧的结构特点,将厚壁管道周向导波的研究方法应用于蜗卷弹簧的损伤检测,为蜗卷弹簧的周向导波检测做指导。本文的主要工作包括:(1)从超声导波基本理论出发,分析超声导波的主要特性以及超声导波应用于结构损伤检测的原理。根据蜗卷弹簧结构的特点,将蜗卷弹簧各圈近似为厚壁管道结构,通过借鉴厚壁管道内周向导波的研究方法,研究蜗卷弹簧各圈中周向导波的传播特性。(2)通过利用波动方程结合弹性力学知识计算厚壁管道周向导波频散方程,利用频散方程的数值求解方法对蜗卷弹簧各圈进行分析求解,得到蜗卷弹簧各圈频散曲线。对各圈频散曲线进行分析,可知表示蜗卷弹簧弯曲程度的形状参数与弹簧各圈的频散程度存在负相关关系,并探究在整个蜗卷弹簧中激励单模态周向导波对其检测的可行性。(3)通过对蜗卷弹簧各圈频散曲线各模态频散程度的分析比较,选定了各圈中频散程度最低的第一模态作为蜗卷弹簧导波检测的模态,并通过蜗卷弹簧四圈第一模态激励频率和入射角关系曲线的求解分析,得到激励该模态的传感器的频率和入射角。(4)通过研究弹簧操动机构的工作原理分析蜗卷弹簧实际工作中的受力情况,利用有限元分析方法对蜗卷弹簧的储能过程进行分析求解,得到蜗卷弹簧各圈的应力分布,由应力分布情况得到蜗卷弹簧最外圈最容易出现应力损伤的结论。(5)以最容易产生损伤的蜗卷弹簧最外圈为检测对象,利用选定频率和入射角的传感器激励选定的第一个的周向导波模态对蜗卷弹簧外圈上的两个预制缺陷进行检测。通过蜗卷弹簧回波信号的分析,验证选定的传感器激励了需要的导波模态,并通过该模态导波对弹簧缺陷进行识别和定位。(6)针对蜗卷弹簧结构的特点和在役状态下的检测要求,设计了满足条件的导波传感器结构,并优化选择了传感器压电晶片、楔块等参数,研制了三组具有不同背衬的导波传感器,通过传感器性能的对比,发现含石墨烯的高钨粉比例的传感器更适用于对蜗卷弹簧缺陷的检测。本文首次将周向导波应用于对蜗卷弹簧结构的损伤检测,对蜗卷弹簧内周向导波传播特性做出了一定探索性的研究,为蜗卷弹簧损伤检测的进一步研究做基础。

关键词：蜗卷弹簧超声导波缺陷检测频散特性传感器

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微电机电刷用蜗卷弹簧的优化设计

微特电机 2012年第7期40卷 43-45页

作者：赵先锋史红艳何林贵州大学贵州贵阳550025 国家精密微特电机工程技术研究中心贵州贵阳550008

蜗卷弹簧是保证微电机有效工作的关键部件,为降低蜗卷弹簧扭转过程的最大应力,提高其安全系数,在Ansys Workbench环境下,详细分析蜗卷弹簧的扭转过程,得出簧片的转动位移、应力分布和簧片层间的相对滑动位移;在此基础上,通过对比分析,... 详细信息

蜗卷弹簧是保证微电机有效工作的关键部件,为降低蜗卷弹簧扭转过程的最大应力,提高其安全系数,在Ansys Workbench环境下,详细分析蜗卷弹簧的扭转过程,得出簧片的转动位移、应力分布和簧片层间的相对滑动位移;在此基础上,通过对比分析,得出最优的设计参数,实现了降低蜗卷弹簧扭转过程的最大应力的目的。研究表明:通过增加弹簧圈数和加大过渡圆弧半径,可以将扭转过程中的最大应力由983.18 MPa降低为795.37MPa,降低了187.81 MPa,其安全系数由1.6提高到2.0,有效提高了产品的可靠性。

关键词：蜗卷弹簧扭转过程转动位移应力分布相对滑动可靠性

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蜗卷弹簧的介绍

弹簧工程 1993年第3期 25-31页

作者：奥野利和浦国梁

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蜗卷弹簧在电机中的力学特性分析

时代农机 2012年第9期39卷 48-49+51页

作者：陈雪勇张胜兰贵州航天林泉电机有限公司

电动机中蜗卷弹簧作为驱动电刷与换向器表面贴合的原动力,其受力情况好坏直接关系到电机能否正确换向。文章主要对某小型有刷电机的蜗卷弹簧进行受力分析,通过理论强度校核计算及有限元模拟得出蜗卷弹簧在工作时的应力分布情况及最大应... 详细信息

电动机中蜗卷弹簧作为驱动电刷与换向器表面贴合的原动力,其受力情况好坏直接关系到电机能否正确换向。文章主要对某小型有刷电机的蜗卷弹簧进行受力分析,通过理论强度校核计算及有限元模拟得出蜗卷弹簧在工作时的应力分布情况及最大应力位置。通过试验拟合出蜗卷弹簧旋转角度ф与末端受力F之间的关系曲线,便于实际生产中调节蜗卷弹簧的松紧程度,以适应电机的正常工作。

关键词：蜗卷弹簧 Workbench 应力分布阿基米德曲线

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蜗卷弹簧缺陷的周向导波检测

无损检测 2019年第7期41卷 5-8,80页

作者：边美华梁世容彭国宁梁庆国广西电力有限责任公司科学研究院

以高压断路器开合闸机构的核心部件蜗卷弹簧为研究对象,通过数值计算得到其外圈周向导波频散曲线以及频率和入射角之间的关系,并以此为依据选择能激励特定导波模态的超声导波探头。对蜗卷弹簧在同个横截面、不同周向距离处预置两个轴向... 详细信息

以高压断路器开合闸机构的核心部件蜗卷弹簧为研究对象,通过数值计算得到其外圈周向导波频散曲线以及频率和入射角之间的关系,并以此为依据选择能激励特定导波模态的超声导波探头。对蜗卷弹簧在同个横截面、不同周向距离处预置两个轴向缺陷,利用选定模态的导波对该区域和非缺陷区域进行检测,通过端面回波时间和声程确定激励的导波模态,通过缺陷回波时间计算出缺陷和激励探头的距离,实现缺陷的定位。

关键词：蜗卷弹簧周向导波轴向缺陷缺陷定位