陆峰峰，杨国来

(南京理工大学 机械工程学院， 江苏 南京 210094)

考虑本身质量的圆柱螺旋弹簧动态特性研究

陆峰峰，杨国来

(南京理工大学 机械工程学院， 江苏 南京 210094)

摘要：从频域与时域两个角度，对考虑本身质量的一端固定、一端受迫振动的圆柱螺旋弹簧在理想稳定状态下及在实际非稳定状态下的振动情况进行理论分析，得到频域下的频率方程及时域下的各圈位移方程。建立可模拟弹簧动态性能的弹簧离散模型并进行仿真分析，对比仿真与理论分析结果，验证所推导的理论公式的正确性。

关键词：圆柱螺旋弹簧，频率方程，时域分析

Research on Spring Dynamic Characteristics with Consideration of Proper Inertia

LU Fengfeng, YANG Guolai

(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)

Abstract:The dynamics of a fixed-free end helical spring are analyzed both at the frequency-domain and the time-domain. Analytical expressions for coils’ displacements are obtained under two different spring state conditions: the ideal stable state and the realistic state. As a discrete spring model represents well springs’ dynamic behaviors in multi-body dynamics simulation, this model’s simulation results are used to examine the correctness of the analytical expressions.

Keywords:helical springs; natural frequencies; time-domain analysis

0引言

圆柱螺旋弹簧作为基本机械元件，经常作为减震或力输出元件被用于机械系统中。在使用大质量螺旋弹簧的场合，弹簧本身质量将引起弹簧内各圈振动不一致，呈现波动规律，导致动态大质量螺旋弹簧并不符合虎克定律。

工程中通常把弹簧本身质量的三分之一加入到与弹簧相连的系统中，以此来近似考虑弹簧本身质量对其动态性能的影响[1]。然而该种近似仅能在频域范围内表示弹簧振动特性，并不适用于时域内的动态情况[2]。

圆柱螺旋弹簧的研究主要集中于轴向压缩条件下频域范围内的固有特性研究，而在时域范围内弹簧动态性能的研究却很少。中南大学刘世清等把弹簧类比为一维弹性直杆来研究弹簧的固有频率特性[3]。同济大学虞爱民等推导了可计算“弯-扭-剪切”耦合的圆柱螺旋弹簧振型的显式解析公式[4]。……