玉雕机刀具系统多股螺旋弹簧结构设计

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由碳素弹簧钢丝缠绕卷制的圆柱多股螺旋弹簧，具有刚度高、吸振减振效果好等特点，在全 自动玉器雕铣机刀具系统中得到了较好的应用。但是，在工作过程中，当换刀的速度过快时，弹簧严重变形和并圈现象时有发生，将导致整个玉器雕铣机的工作性能下降。

通过研究了解到，目前玉器雕铣机的圆柱多股螺旋弹簧多采用静态设计法，没有充分考虑到机械工作时的冲击载荷质量和速度对弹簧性能的影响，以致当机械在使用过程中换刀的速度过快时，由于弹簧内产生的冲击运动和振动波的叠加，使弹簧的簧圈中形成较大的塑性变形，发生并圈现象 。

针对上述问题，本文拟通过对其动态性能的分析研究，以提高弹簧的疲劳强度、刚度为原则，对圆柱多股螺旋弹簧进行动态优化设计。

1 动态特性分析1.1 弹簧工作的运动性能分析 圆柱多股螺旋弹簧如图1所示。

由图 1可见玉器雕铣机工作时弹簧在驱动构件的作用下进行压缩运动。在计算时为考虑弹簧自身质量对运动的影响，可以把在弹簧的作用下运动的物体质量加上1/3的弹簧的质量，作为躯动构件质量，这样在弹簧的动态分析计算时即可不再单独计算弹簧质量的影响。玉器雕铣机刀具系收稿 日期 ：2012-11-12基金项目：安徽势技厅长三角合作科技攻关项目(10140702025)；安徽侍育厅自然科学项目(KJ2011Z241)作者简介：石怀荣(1956-)，女，安徽蚌埠人，教授，主要从事现代机械结构设计研究。

淮 阴 工 学 院 学 报 2013年统弹簧为水平安装，本文中以水平轴表示其运动坐标，当弹簧在驱动构件的作用下运动时，在任意瞬时单位时间的机械能为弹簧的动能和弹性能之和。

V图 1 圆柱多股螺旋弹簧dE(t)[T(t)U(t)] (1)弹簧在运动时的动能和弹性能为：(t)：U÷F(t)[ 。 (t)] ÷K[ o ( )] ÷，矿[ 。 ( )] (2)dE(t) [ 。 (t)] [ ”(t)] (t)dt(3)式中： -- 弹簧的刚度系数；F-- 弹簧任意瞬时的作用力； 无阻尼弹簧的振动频率；。- - 弹簧安装时的预多股量。