某型圆柱螺旋弹簧设计与疲劳寿命分析

关键 词 ：圆柱螺 旋弹 簧 ；理论 校核 ；疲 劳寿命 ；ＭＳＣ Ｆａｔｉｇｕｅ
中图分类 号 ：ＴＨ１３５．１
文献标 志码 ：Ｂ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｔｉｍ ｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇ
ＬＩ Ｙｕａｎ ，ＬＩ Ｍｉｎｇ ，ＹＵＡＮ Ｊｉｅｈｏｎｇ
安 全．首先 对某 型 圆柱 螺 旋弹簧进 行 工 况分析 ，进 而基 于机 械 设 计 原 则对 其 刚度 、强度 进 行理 论 校
核 ，最后 基 于有 限元应 力仿 真 ，在 ＭＳＣ Ｆａｔｉｇｕｅ中计 算 出该弹簧 最危险 节 点的寿命 ．所得 结 论表 明设
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计 弹簧 的疲 劳寿命 满足 疲 劳可 靠性 的要 求．
第 ２２卷 增 刊 １ ２０１３年 ５月
计 算 机 辅 助 工 程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｍａｖ ２０１３ 文 章编 号 ：１００６—０８７１（２０１３）Ｓ１－０３０３—０４
某 型 圆柱 螺旋 弹簧 设 计 与疲 劳 寿命 分 析
李源 ， 李明 ， 袁 杰红
（１．国防科 学技 术大学 指挥军官与基础指挥 学院 交通运输 工程 系，长沙 ４１００７２； ２．中联 重科 建 筑起 重机 机 械 分公 司研 究 院 ，长 沙 ４１０２０５）
摘 要 ：圆柱 螺 旋弹簧 是 某型机 械传 动 系统 的 关键 部 件 ，其 设 计 的 可靠 性 直接 影 响 该结 构 的稳 定和
Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏ．，Ｚｏｏｍｌｉｏｎ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０２０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ａ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ，ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｒｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ｃｈｅｃｋｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｒｕ ｌｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ ｍｏｓｔ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｎｏｄｅ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ＭＳＣ Ｆａｔｉｇｕｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔｓ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇ；ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃｈｅｃｋ；ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ；Ｍ ＳＣ Ｆａｔｉｇｕｅ
象 ，采 用理 论分 析及 有 限元分 析方 法 ，对 复杂 工况下 某 型液 压缸 用 弹簧 进 行疲 劳强 度 分 析 ，分 析 弹簧 疲 劳寿命 与安 全 因数 ；张 明建 介绍 一 种 基 于 恒 寿命 疲劳结合 ｓ．Ⅳ曲线的简单方法 ，分析弹簧的疲劳寿 命 ，为提 高 弹 簧 质 量 给 出一 些 参 考 ；绳 义 千 等 和 商跃 进 等 对 机车 圆柱 螺 旋 弹 簧进 行 研 究 ，建 立 比 较符 合 实际 的压缩 弹簧 的三 维有 限元 计 算 模 型 ，并 对压 缩螺 旋 弹簧进 行刚 度 、静 强度 分析 ，同 时将试 验
收 稿 日期 ：２０１３—０４—２０ 基金项 目：国家 自然科 学基金 （５１１７５１６０）；总装备部“十二五”装备预先研 究项 目（６２５０１０３６０１２）；国防科技 大学预先研 究项 目（ＪＣ１１．．０９－０１） 作者简介 ：李源（１９８３一 ），男，山东郓城人 ，讲师 ，博士研究生 ，研 究方向为结构失效 分析与预 防，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｙｕａｎｌｉ＠ｎｕｄｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
ｈｔｔｐ ：／／ｗｗｗ．ｅｈｉｎａｃａｅ．ｃｎ
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计 算 机 辅 助 工 程
２０１３垒
结 果 与有 限元分 析 结果 进 行 比较 ，表 明 弹簧 满 足 设 计要 求 ；钟 文彬 介绍 一 种 利用 通 用 有 限元 软 件 求 解 圆柱螺 旋弹 簧 刚度 的计 算 方 法 ；余 东满 等 指 出 传统 机 械设计 的缺 陷 ，结 合现代 机 械设计 理论 ，并基 于 应力 和强度 干 涉模 型 ，介 绍 圆柱螺 旋 弹簧 疲 劳 强 度 的 可靠性设 计 ．
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂａｓｉｃ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｏｍｍａｎｄｉｎｇ Ｏｆｆ ｉｃｅｒｓ，Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；２． Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｏｉｓｔｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅｒｙ
０ 引 言
圆柱螺 旋 弹 簧是 机 械 系统 常用 的 弹簧 之 一 ，其 强度 直接 影 响机 械 结构 的稳定 和安 全 ，因此 ，弹簧 疲 劳强度 及其 寿命 成 为研究 的重 点．
李 红艳 …采 用 ＡＮＳＹＳ的 ＡＰＤＬ建 立 起 螺 旋 弹 簧 的几 何模 型 ，对考 虑 弹 簧 座 的螺 旋 弹 簧 强 度进 行 分 析 ；刘 庆 教 等 以某 型 液 压 缸 用 弹 簧 为 研 究 对