基于ANSYS对板弹簧的优化分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

板弹簧技术最早在 20世纪 70年代末 由膨大学研制开发，并将其研制的摆线型悬臂梁板弹簧应用在斯特林制冷机上 J。随后的二三十年 ，国内外相关专家对板弹簧进行了更深层次的研究，使板弹簧技术应用更为广泛，逐渐由制冷机方面推广到航空、汽车、军事等各行各业中。

板弹簧具有结构简单，安装方便，可靠性高，质量轻等优点，其主要性能指标包括疲劳强度、轴向刚度、径向刚度和 自然频率等 4个方面 j。目前 ，常见的板弹簧有同心涡轮臂板弹簧、偏心涡轮臂板弹簧和直线臂板弹簧等。

本文针对圆渐开线板弹簧，运用 ANSYS有限元分析软件对不同厚度和材料的板弹簧进行静力学分析和模态分析，并进行分析比较，从而对板弹簧的优化设计提供理论依据。

1 板弹簧建模运用 Pro/E5.0对 圆渐开线板弹簧进行绘制，其曲线方程如下：thetaOtXO l (1)r laxtheta式中：o-直径参数；r -螺旋线最须径 ；0～螺旋线起始角度 ；- 螺旋线旋转角度。

将曲线方程绘制出的螺旋线图形 ，拉伸成不同厚度的板弹簧。通过 Pro/5.0和 ANSYS10.0的无缝接 口技术，将圆渐开线板 弹簧导入到 ANSYS软件 中，从而节省了在ANSYS中的建模时间，提高了工作效率。

2 板弹簧的静力学分析运用 ANSYS软件对五款同线型不同厚度和材料的板弹簧进行分析，找出最适合特定民用斯特林发动机的板弹簧。板弹簧材料和厚度值如表 1所示，板弹簧材料属性如表 2所示。

表 1 板弹簧材料和厚度表 2 板弹簧材料属性2.1 轴向刚度分析由于现代斯特林发动机采用双活塞作直线往复运动，板弹簧作为振子系统弹性部件，其轴向刚度对整个发动机的能耗和可靠性具有十分重要的意义 。

板弹簧选用solid95单元类型，模型采用自由网格划作者简介：王震(1986-)，男，山东济南人，硕士研究生，主要研究方向斯特林发动机性能分析。

Machine Building 8 Automation， 2013，41(2)：145～147 ·145·· 信息技术 · 王震，等 ·基于 ANSYS对板弹簧的优化分析得到其振型和固有频率，为进-步提高板弹簧使用寿命提供-些理论依据。

在进行模态分析计算时，选择 moda1分析，在 analysisoptions选择 block lancozs进行模态分析；加载：板弹簧整个外圆圆周各个自由度均设为零，基圆除轴向平动自由度外的其他自由度也都设为零；开始进行求解计算。

0.3 mm厚板弹簧的前四阶固有频率的计算结果如表6所示。

表 6 板弹簧固有频率利用 ANSYS软件对板弹簧进行固有频率的分析，可以使得设备频率避开板弹簧的固有频率，以免发生共振，降低板弹簧的使用寿命，影响设备的稳定性。

4 结语1)在基本结构参数相同的条件下 ，弹簧不锈钢材料性能更优。

2)经过板弹簧进行静力学的分析，最终确定 0.3 mil厚度的板弹簧最适宜。