類彈簧結(jié)構(gòu)這種不規(guī)則的彈簧結(jié)構(gòu)的建模存在諸多困難，基于SolidWorks一種常用三維設(shè)計(jì)軟件，通過一定的設(shè)計(jì)手段較好的解決了這類結(jié)構(gòu)的三維造型問題，節(jié)省了建模時(shí)間。并通過有限元軟件分析了這類結(jié)構(gòu)的模態(tài)情況，得到了一些有價(jià)值的結(jié)論。

　　1前言

　　類彈簧結(jié)構(gòu)是一種新型的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)結(jié)合了彈簧、管束和板梁等結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)點(diǎn)，常應(yīng)用于化工容器中的傳熱管束結(jié)構(gòu).機(jī)械結(jié)構(gòu)中的減振裝置和儀器儀表里的信號(hào)發(fā)射接受設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)中，目前被越來越多的被設(shè)計(jì)人員、機(jī)械工程師們所采用。而目前的機(jī)械三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，沒有直接提供類彈簧結(jié)構(gòu)的實(shí)體造型方法，而若是按部就班的進(jìn)行建模，工作址較大而且不便于修改。

　　基于通用的三維設(shè)計(jì)軟件Solid Works，提出一種新型的建模和造型方法，較好地解決了這類結(jié)構(gòu)的三維造型問題。實(shí)踐表明，這是一種方便、快捷、實(shí)用的方法。將結(jié)構(gòu)導(dǎo)入有限元分析軟件中，對該結(jié)構(gòu)的模態(tài)情況進(jìn)行了初步的探討研究。

　　2 模型介紹

　　這種類彈簧結(jié)構(gòu)與我們以前接觸的彈簧結(jié)構(gòu)有較大區(qū)別，從上往下看整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一個(gè)錐臺(tái)結(jié)構(gòu)，左側(cè)和右側(cè)的結(jié)構(gòu)尺寸相差較大，整體輪廓有點(diǎn)類似飛機(jī)的尾翼結(jié)構(gòu)。如圖1所示，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的特殊一般做法是將每個(gè)特殊點(diǎn)(如每圈的拐點(diǎn)、上下頂點(diǎn))的三維坐標(biāo)計(jì)算得到，通過確定各個(gè)點(diǎn)的位置來確定線在生成面或體，并且為了保證連線的質(zhì)量，需要對每一圈彈簧面建立一個(gè)參考面，使得這種做法計(jì)算量較大，特別是當(dāng)涉及的彈簧圈數(shù)增多時(shí)，嚴(yán)重影響下面的工程計(jì)算時(shí)間。結(jié)合目前機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的SolidWorks輔助建模軟件，本文提出了一種方法進(jìn)行簡化建模。

　　3 SolidWorks建模

　　因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)的特殊，最便捷的方法是采用掃描成體建模，困難之處在于怎樣建立出掃描路徑草圖，本文先確定彈簧的兩個(gè)端面(圖2(a)),根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)存在的每圈彈簧間距相同的特點(diǎn)，可以利用建立Reference Points(參考點(diǎn))，按照點(diǎn)的均勻分布進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)確定，這只需做出關(guān)鍵線(如圓弧的邊線、頂端邊線，45"和1350角的邊線，圖2(b)),根據(jù)彈簧圈數(shù)確定所取參考點(diǎn)數(shù)目(圖2(c))，在 3D草圖中進(jìn)行每個(gè)點(diǎn)之間連接，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的特殊，上下兩弧線用樣條曲線連接，兩邊的上下各點(diǎn)采用直線連接，注意左右兩邊錯(cuò)開一個(gè)點(diǎn)，最后得到的該彈簧掃描路徑草圖的如圖2(d)所示。在彈簧路徑線兩端，建立一個(gè)垂直參考面，建立的圓截面大小(圖2(e))，最后掃描得到該結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體形狀(圖2(f))。

　　4 模型分析處理

　　利用SolidWorks軟件，我們也可以生成不同截面的類彈簧結(jié)構(gòu)，如圓形、六邊形、橢圓形等截面(如圖3(a),(b),(c)所示)。

　　將SolidWorks建立的模型導(dǎo)人ANSYS有限元計(jì)算程序中，對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)計(jì)算分析。(如圖4)，計(jì)算得到的頻率值如表1所示。

　　通過上面的振型圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)即有梁式的振型(如圖5(a))，又有殼結(jié)構(gòu)振型(如圖5(b)(e)),同時(shí)還有彈簧的特有來回縮拉振型(如圖5(c))，或者是前只種振型的結(jié)合情況(如圖5(f)(g))。這種柔性結(jié)構(gòu)彈性好，韌性強(qiáng)，對此結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能分析有較好的研究價(jià)值。

　　5 結(jié)束語

　　利用SolidWorks軟件，對這類特殊的彈簧結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維造型，需要通過仔細(xì)觀察來簡化我們建模的步驟，減少我們的工作量，也提高了我們的工作效率。對這類結(jié)構(gòu)需要注意的是，盡量利用軟件自帶功能輔助線和參考點(diǎn)的作用，不要計(jì)算錯(cuò)關(guān)鍵點(diǎn)的個(gè)數(shù)。