螺旋弹鼓设计国内外研究现状概况(2)

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所以对螺旋弹鼓的设计主要解决的问题是针对其供弹的方式结构的设计，简化其结构，提高其工作的可靠性，同时在不影响其装弹数的前提下减轻其重量，解决了这些问题就可以很好地解决其重量大，以及需要经常保养等方面的问题使螺旋弹鼓可以应用到更多的武器和更多的场合中使用，而不仅仅局限于警用等少数的特殊用途[16]。

在设计过程中，三维图以及二维图纸分别采用Solid Works和CAD绘图软件绘制完成，运用这些软件可以直观的体现出螺旋弹鼓各部分的结构以及整体的装配关系，通过仿真也可以为加工制造过程省去很多麻烦[17-18]。

在整个的设计方案中圆柱螺旋扭簧作为整个结构的动力原件是必不可少的，所以文章对弹簧的分析以及计算是较为详细的。

弹簧技术主要包括弹簧设计理论、弹簧制造技术和弹簧材料技术。

对螺旋弹簧的理论研究开始于十九世纪中叶。Thompson等在二十世纪初就已经对螺旋弹簧理论作了深入研究。长期以来，广泛应用的弹簧应力和变形的计算公式是根据材料力学推导出来的，这些公式是在一定的假设条件下推导出来的论文网，加之影响弹簧性能的参数有多个，如果没有一定的实际设计经验，设计和制造高精度的弹簧难度较大。螺旋弹簧的设计多是采用试算的方法，在确定许用应力的情况下选取一系列簧丝进行计算和校验，直到最后获得近似解。采用试算法计算的结果一般比较保守，材料的机械性能得不到充分发挥，计算颇为繁琐。随着机械技术的进步，对弹簧的要求也越来越高，以往的很多经验不再适用，必须采用精确的设计技术[19]。在此背景下，以疲劳与断裂设计理论、抗松弛设计理论、优化设计理论、可靠性设计理论、有限元设计方法为代表的现代设计理论和方法在弹簧设计中也逐渐得到推广应用[20]。伴随着设计理论的进步，特殊性能的新型弹簧也不断得到创新和发明。

车辆悬架弹簧是应用最多的弹簧之一，对此种弹簧的要求是除足够的疲劳寿命外，其永久变形要小，即抗松弛性能要在规定的范围内，否则由十弹簧的不同变形，将发生车身重心偏移。同时，还要考虑环境腐蚀对其疲劳寿命的影响随着车辆保养期的增大，对永久变形和疲劳寿命都提出了更严格的要求。为此，疲劳与断裂设计理论、抗松弛设计理论、优化设计理论、可靠性设计理论、有限元设计方法等高精度的设计方法在国外获得了广泛的应用[21-23]。基十有限元法精确解析弹簧中的应力和变形，以此为基础可以详细预测弹簧疲劳寿命和永久变形。

在进行弹簧设计时，一般需要根据工况中最大工作载荷、最大变形等设计要求来计算弹簧丝直径、弹簧中径、弹簧工作圈数、弹簧高度等参数。因为影响弹簧性能的参数有多个，在弹簧的设计中较早引进了优化设计[24]。弹簧的结构较为简单，功能单纯，影响结构和性能的参变量较之复杂问题少，所以设计者很早就运用解析法、图解法或图解分析法寻求最优设计方案，并取得了一定成效。随着计算机技术的发展，利用计算机进行非线性规划的优化设计取得了成效。在国内外编制出各种版本的弹簧优化设计程序，提高了弹簧设计质量[25-26]。应用设计程序完成了设计难度较大的弧形离合器弹簧和鼓形悬架弹簧的开发等。国外在上世纪六十年代就已开始这方面的工作，国内在八十年代初开始这方面的工作。目前国内外外己经开展了压缩弹簧、碟形弹簧、波形弹簧、板弹簧、片弹簧等不同类型弹簧的优化设计工作[27]。

数控绕簧机的出现和有限元法在弹簧设计中的应用使得复杂的的弹簧的设计和制造成为了可能。近些年来，数控制造技术的进步和汽车工业的快速发展推动了弹簧产品开发技术的进步，在螺旋弹簧的理论研究及其加工技术工艺方面取得了非常大的发展。随着工业的发展，新型弹簧不断地涌现，变节距、变刚度、变线径的弹簧已经开始使用[28-30]。应用有限元法对弹簧进行设计已经进入实用化阶段，在这方面出现了不少有实用价值的报告，如用有限元法计算的应力和疲劳寿命的关系;螺旋角对弹簧应力的影响等。弹簧的有限元分析方法，在弹簧技术水平较高的国家已得到广泛的应用，我国虽有这方面的尝试，但应用不广[31]。