多股螺旋弹簧绕制过程中的动态张力

多股螺旋弹簧(简称多股簧)是由钢索(通常由2～7股0.4～3.0 mm的碳素弹簧钢丝缠绕而成)卷制而成的圆柱螺旋弹簧,绕制过程中对钢丝张力的一致性控制是保证多股簧的质量关键。按实际成形过程推导多股螺旋弹簧各钢丝中心线的数学模型;提出多股螺旋弹簧各股钢丝在绕簧过程中的动态张力变化理论模型。研究得出多股螺旋弹簧的成形加工质量除了与钢丝本身的质量有关外,还与绕簧的速度、对钢丝产生拉力的部件的转动惯量有关。提出一种多股螺旋弹簧绕制的工艺参数确定和控制方案。结合实际案例,在绕簧过程中钢丝的张力因系统惯性可以产生约20%的控制误差,从而找到了多股螺旋弹簧产品的废品率与拧索速度之间的关系。在上述理论模型的指导下,对原设备只需进行较小的改动,即限制设备主轴的最高转速,产品合格率随即得到较大幅度的提高,这是因为钢丝的张力因系统惯性最大只能产生小于0.6%的控制误差。

多股螺旋弹簧扭动微动磨损机理研究

基于多股螺旋弹簧工作过程中钢丝表面发生的扭动微动磨损,建立了多股簧受冲击载荷时,各股钢丝间法向接触力及角位移值的数学模型;通过数学模型所得到的试验参数,在新型试验装置上真实模拟了多股簧工作过程中钢丝间发生的柱-柱接触扭动微动;研究了多股簧钢丝在扭动微动条件下的运行行为和损伤机理.结果表明:钢丝间法向接触力大小、角位移幅值及循环次数对扭动微动行为影响很大;扭动微动T-θ曲线在平行四边形状、椭圆状和直线状3种基本类型之间转变;损伤在部分滑移区较轻微,其磨损主要表现为磨粒磨损和轻微氧化磨损;对于混合区和滑移区,损伤加剧,磨痕表面有明显的塑性变形,损伤机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层.

多股螺旋弹簧动态计算分析

结合多股螺旋弹簧的静态设计方法,重点考虑动态性能要求,提出一种静态与动态相结合的设计模型。根据多股螺旋弹簧自身质量对运动的影响,推导弹簧虚拟质量的计算方法,并分析多股螺旋弹簧的动态特性,计算多股螺旋弹簧作为复进簧模型的运动规律。按照多股螺旋弹簧的振动位移特性,以多股螺旋弹簧动态工作过程的并圈作为边界条件进行动态设计计算。最后给出一个完整的动态设计计算实例,结果证明了所提出方法的有效性,从而为多股螺旋弹簧动态应用提供了设计依据。

多股螺旋弹簧建模方法研究

根据多股螺旋弹簧单股钢丝的几何成形原理,提出了两种多股螺旋弹簧建模新方法,以弥补现有建模方法的不足。方法一推导了钢丝中心曲线的微分几何方程,可以实现多种建模软件下各种结构的多股螺旋弹簧快速建模;方法二通过改变多股螺旋弹簧中心线的两端节距,建立两端并圈的多股螺旋弹簧模型。最后给出基于上述方法的建模实例,结果表明了方法的有效性和正确性,满足多股螺旋弹簧模拟仿真和有限元分析不同的模型需要。

基于自适应无迹卡尔曼滤波算法的多股螺旋弹簧动态响应模型参数辨识和分析

针对传统方法在辨识多股螺旋弹簧(以下简称多股簧)非线性响应模型参数时效率较低、精度较差的问题,提出带噪声统计估计器的自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)算法。该算法通过对多股簧试验数据中的量测(过程)噪声进行递推和估计,能够确保非线性模型参数辨识的收敛性;结合多股簧动态试验对该算法进行检验。研究结果表明:即使在量测噪声级别较高的情况下,AUKF算法也可以准确地求出多股簧的动力学模型参数;在预测多股簧动态响应过程中,若预测振幅和参数辨识所用振幅相差太大则会导致较大的预测误差;当加载速度变化时,多股簧动力学模型中的迟滞部分参数基本不变,但0阶非线性刚度系数和非线性放大因子变化较大。

多股螺旋弹簧的微分几何研究

根据多股螺旋弹簧钢丝中心曲线和弹簧中心曲线的缠绕关系,建立了基于微分几何学的单股钢丝中心曲线的几何方程,并推导了曲线方程曲率和挠率等参数的表达式。采用MATLAB软件,以压缩弹簧和拉伸弹簧为例,对钢索拧角参数取值相同和取值不同的两种情况下曲率和挠率的变化过程和规律进行了分析。结果表明,曲率的差异影响多股螺旋弹簧的应力应变,钢索拧角取值影响多股螺旋弹簧的刚度。

多股螺旋弹簧数控机床结构设计及控制系统改进

针对多股螺旋弹簧成型原理,及成型过程中存在的问题,提出多股簧数控机床新型的设计方案。通过对钢丝旋转架的优化和张力控制系统的自主研制,大大提高了各股钢丝张力的一致性控制精度。整个系统采用了PC+PLC主从式控制结构,实现了拧索和绕簧运动过程中四个伺服电机的同步控制。通过导电滑环实现钢丝张力控制系统与上位机的通讯,同时开发出了模块化、图形化人机界面,提高了系统的安全可靠性、通讯实时性和易用性。新机床的开发和投入使用,大幅度提高了多股簧的加工精度和产品合格率。

高精度多股螺旋弹簧数控加工机床设计

提出了高精度多股螺旋弹簧数控加工机床的新型设计方案,它包括机床的机构设计,采用PC的开放式数控系统,以及钢丝张力在线检测与控制和钢丝张力配置与弹簧内外层绕制机构的研制等方面。该机床能够加工出高精度、高质量的有芯或无芯的多股螺旋弹簧,满足了企业的需求。

多股螺旋弹簧加工参数优化方法研究

多股螺旋弹簧(简称多股簧)加工参数对其成品质量耦合作用机理研究尚不完善,导致多股簧加工合格率低、推广难度大,为此提出一种优选多股簧工艺参数的实验方法。基于二分法获取满足多股簧刚度要求的拧索螺距;采取实验设计方法设计了芯轴直径、弹簧螺距和钢丝张力3个工艺参数的优化实验,通过信噪比均值分析得到最优多股簧加工参数组,并通过钻杆复位多股簧实际生产对该方法进行了验证。研究结果表明:优选多股簧工艺参数的实验方法切实可行,可以减少多股簧制造加工参数获取时间,节约多股簧工艺研究成本,为我国武器装备质量的提升提供参考。

多股螺旋弹簧的设计与工艺研究

根据实际工作中的多股簧是两端并圈、且主要用作往复运动中的复进簧来承受冲击载荷的情况,推导了两端并圈多股簧的中心线数学模型,通过CATIA软件生成了两端并圈多股簧的三维几何模型;对几个关键加工工艺进行改进及设计参数的优化,使多股簧的力值达到设计指标的要求,直线度小于等于13 mm。进行了实际射击试验,验证了设计方案的正确性。

高频振动筛多股螺旋弹簧模糊优化设计

针对煤泥脱水高频振动筛使用普通圆柱螺旋弹簧时,存在着吸振性差,易发生疲劳失效断裂等问题,提出采用多股螺旋弹簧作为其支撑,并运用模糊理论方法进行优化设计。通过对多股螺旋弹簧相关设计变量选择、目标函数建立、约束条件确定,构建了模糊优化设计模型,求出最优解,最终获得比较理想的优化设计结果。

玉雕机刀具系统多股螺旋弹簧结构设计

针对玉器雕铣机刀具系统工作过程中由于换刀速度快、多股螺旋弹簧存在着变形严重和并圈现象等问题,提出了一种将弹簧的动态性能和静态性能同时纳入到优化设计的约束条件中去的静态与动态相结合的设计模式。在基于动态分析的基础上对多目标函数的处理,构建了设计模型。生产实践结果证明:玉器雕铣机刀具系统多股螺旋弹簧的设计简单有效,较好地解决了弹簧变形严重和并圈现象等问题。

玉雕机刀具系统多股螺旋弹簧动态优化设计研究

针对玉器雕铣机刀具系统工作过程中换刀速度快、多股螺旋弹簧存在着变形严重和并圈现象等问题,提出了将弹簧的动态性能和静态性能同时纳入到优化设计的约束条件中去,即动态与静态相结合的设计模式.在动态分析的基础上,通过对多目标函数进行处理,构建了设计模型.经生产实践证明,该方法对于玉器雕铣机刀具系统多股螺旋弹簧的设计简单有效,较好地解决了弹簧变形严重和并圈现象等问题.

多股螺旋弹簧优化设计

笔者将数学规划理论与计算机程序设计方法相结合,通过实例对多股螺旋弹簧的计算机辅助优化设计进行了初步探讨。对加快多股螺旋弹簧的设计过程,提高设计质量具有一定的实际意义。同时也为其它弹簧优化设计提供了具有启发意义的思想方法和有益的经验数据。

多股螺旋弹簧加工机床数控系统的研究

针对多股螺旋弹簧加工的主要特点,采用数控系统进行精密加工成型控制。通过四轴联动的无级速度匹配,克服了传统挂轮传动的分级速度控制的缺点,使数控加工机床能够加工任意结构参数的三层有芯多股簧。开发了张力控制器控制多股簧拧索过程的各股钢丝的张力平衡,使用蓝牙技术实现了PC机与整个旋转拧索过程的通讯。整套系统采用上位计算机+PLC的结构,具有良好的人机交互性能。将数控系统应用到多股簧精密加工机床上,并进行实际加工,可提高多股簧加工机床的适应性、生产效率和制品性能,其有效性得到实践验证。

基于有限元的多股螺旋弹簧疲劳寿命预测

针对多股螺旋弹簧(多股簧)的疲劳失效问题,以阿联酋某企业使用的特种多股簧为研究对象,通过有限元仿真分析多股簧的应力应变历程并利用子模型技术进行了应力应变的精确计算,通过静态响应试验验证了有限元模型的正确性;进行了钢丝材料试验,结合Manson模型推导出多股簧材料的疲劳性能参数;结合多股簧的应变和疲劳寿命预测模型预测了多股簧的疲劳寿命,并进行试验验证。研究结果表明:多股簧承载时,弹簧端部承受的应力较大,最大应力点位于外层钢丝且外层钢丝主要承受弯曲应力,与弹簧端部位置处外层钢丝疲劳断裂现象吻合;静态响应仿真与实测值误差不超过5%;由SWT准则预测得到的疲劳寿命与试验疲劳寿命较为吻合,且预测疲劳断裂区与实际断裂区一致。

基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析

简单分析多股螺旋弹簧的基本特性。以三股钢丝的多股螺旋弹簧为例,通过有限单元与接触单元的选取和网格的划分,建立多股螺旋弹簧有限元模型。然后对其进行静态受力分析和动态分析计算,分析冲击载荷质量和速度对多股螺旋弹簧性能的影响。结果表明多股螺旋弹簧在动态系统中具有内部振动波,并可能在中间产生并圈现象,为多股螺旋弹簧设计提供了依据。

多股螺旋弹簧三维接触摩擦研究

通过对多股螺旋弹簧在成形加载情况下的接触面上的状态分布进行深入分析,综合前人的研究,提出新型多股螺旋弹簧接触面模型,即包括空隙带、弹性带、摩擦带三种情形的分布模型。接着对这三种分布带的边界条件和接触判定条件在法向-双切线坐标系进行理论量化分析。

多股螺旋弹簧疲劳寿命影响因素

多股螺旋弹簧(简称多股簧)是一种由多根钢丝螺旋绞绕成钢索而形成的圆柱螺旋弹簧,目前关于多股簧在疲劳失效领域的研究较少。针对多股簧疲劳失效的问题,以实际应用中的多股簧为研究对象,从多股簧钢丝断裂特征和多股簧几何参数对其疲劳寿命的影响进行分析研究。结果表明:钢丝表面缺陷是造成裂纹萌生降低疲劳寿命的主要原因,钢丝表面缺陷包括了钢丝表面的线纹、伤痕、凹坑等,此外钢丝材料内部的微孔洞以及微裂纹会加速裂纹的扩展,降低弹簧的疲劳寿命;其次是多股簧几何参数的影响,以最大振幅下的恢复力为变量,弹簧螺旋角对多股簧疲劳寿命的影响最大,弹簧旋绕比次之,钢索钢丝捻角最小。