基础教程：压缩弹簧刚度讲解

在本练习中，将采用SolidWorks Simulation分析得出弹簧的压缩刚度。

本练习将应用以下技术：

● 新建算例。

● 夹具。

● 外部载荷。

● 网格划分。

● 结果图解。

操作步骤

步骤1 打开零件

打开文件夹“SolidWorks Simulation\Lesson01\Exercises\Spring-Compressive Spring Stiffness”中名为“Spring”的零件。

提示

为方便起见，夹具和外部载荷已经事先添加到弹簧两端的圆盘。圆盘之间的距离对应于未压缩弹簧的当前长度。

步骤2 设定SolidWorks Simulation的选项

设定【单位系统】为【公制（I）（MKS）】，【长度/位移】单位为【毫米】，【压力/应力】单位为【N/m²】（Pa）。

步骤3 创建算例

创建一个名为“spring stiffness”的【静应力分析】算例。

步骤4 查看材料属性

材料属性（Alloy Steel）将直接从SolidWorks转移过来。

步骤5 应用固定约束

在图1-92所示的1号圆盘端面应用【固定几何体】的夹具。

(www.xing528.com)

图1-92 定义夹具

步骤6 应用径向约束

在2号圆盘的圆柱面上添加一个高级夹具，约束圆盘的径向位移。该约束只允许弹簧沿轴向压缩或伸长，且只能绕纵向轴转动。

步骤7 施加压力

对采用径向约束的圆盘端面添加0.1N的压力。

步骤8 划分网格并运行分析

在【网格参数】下选择【基于曲率的网格】。使用【高】品质单元划分网格。保持默认的【最大单元大小】为2.787mm，【最小单元大小】为0.557mm。

步骤9 图解显示Z方向的位移

如图1-93所示，图解显示轴向位移结果为0.426mm。轴线方向为Z方向。

图1-93 Z方向的位移分布

步骤10 保存并关闭文件

计算得到的弹簧的轴向刚度为234.7N/m，公式为k=f/x。

在本课程的后面章节会使用这个定义弹簧接头的计算结果。计算公式为f=kx，其中k=234.7N/m。也可以采用一个近似的公式计算螺旋弹簧的刚度（Mechanical Vibrations，S.S.Rao，1995），即

式中 G——材料的切变模量；

d——弹簧线圈的直径；

D——弹簧的平均直径；

n——当前弹簧的圈数。

将采用的数值（n=8.75，d=1mm，D=17mm，G=7.9×10¹⁰Pa）代入上面的公式中，得到近似的轴向刚度为230N/m。然而还是使用更加精确的结果234.7N/m。