弹簧工程的秘密武器：均匀厚度还是过渡型线？

本文内容来自于网络，若与实际情况不相符或存在侵权行为，请联系删除。本文仅在今日头条首发，请勿搬运。

近年来，板弹簧作为线性压缩机的关键部件备受瞩目。它具有小巧的体积、高效的性能以及容易调节容量的特点，因此在压缩机领域有着广泛的应用前景。本文基于阿基米德涡旋臂板弹簧，研究了不均匀厚度及过渡型线对板弹簧性能的影响，以及这些影响的规律。通过有限元分析技术，对多种不同模型的板弹簧进行了静力学仿真，从而为板弹簧的优化设计提供了新的思路和理论依据。

一、板弹簧结构及其问题分析

板弹簧在保证活塞平稳运行的条件下，具有更大的径向刚度和较小的最大应力。为了满足这些要求，我们选用了阿基米德涡旋臂板弹簧，其中包括3个涡旋臂和3条涡旋槽，均匀分布在板弹簧的中心轴线周围。涡旋槽由两条等距的阿基米德螺旋线封闭而成，满足笛卡尔坐标系下的阿基米德螺旋线方程。板弹簧的中心孔直径为8mm，外径为140mm，四周均布12个安装固定孔，厚度定为0.5mm。

然而，在板弹簧长时间的往复工作过程中，疲劳断裂现象经常发生，严重影响了压缩机的使用寿命。板弹簧的中心和边缘分别与内垫圈和外垫圈接触，因此，板弹簧的外缘圆环为平面，而内缘圆环则为不均匀厚度的过渡部分。这种结构存在一些问题，如图1所示。

二、板弹簧性能分析及比较

板弹簧的性能参数包括轴向刚度、径向刚度、最大应力和自振频率。足够的轴向刚度能够满足活塞的工作需要，而径向刚度则保证了动态密封的有效性，降低了摩擦风险。最大应力应保持在安全范围内，以确保板弹簧的安全工作。此外，为了避免自振引起的断裂，需避开板弹簧的自振频率。

在本文中，我们使用ANSYS有限元分析，从轴向刚度、径向刚度和最大应力三个方面探讨了不均匀厚度及过渡型线对板弹簧性能的影响。结果显示，不同的过渡型线型对性能参数产生了显著影响。凹圆弧过渡线型能够有效减小最大应力，而凸圆弧过渡线型则提高了轴向和径向刚度。此外，板弹簧的厚度不均匀程度也会影响性能参数的数值。这些结果为板弹簧的优化设计提供了新的思路。

三、变截面板弹簧疲劳强度分析

疲劳寿命和安全系数对于板弹簧的长时间高效运行至关重要。因此，我们进行了疲劳寿命和安全系数的仿真分析。在仿真之前，我们首先导入了板弹簧材料的疲劳特性曲线，然后进行了仿真计算。

根据仿真结果，我们发现凹圆弧过渡线型的板弹簧具有更高的疲劳寿命，尤其是板型5，其疲劳寿命是板型3的4.6倍。同时，凹圆弧过渡线型也提高了板弹簧的安全系数，其中板型5的安全系数比板型3高出14%。这些结果表明，过渡型线型的选择对板弹簧的性能和安全性有着显著影响，凹圆弧过渡线型在多个方面表现出优势。

以上内容资料均来源于网络，本文作者无意针对，影射任何现实国家，政体，组织，种族，个人。相关数据，理论考证于网络资料，以上内容并不代表本文作者赞同文章中的律法，规则，观点，行为以及对相关资料的真实性负责。本文作者就以上或相关所产生的任何问题任何概不负责,亦不承担任何直接与间接的法律责任。