异形击发弹簧的垂向刚度与应力研究*

□ 林柄宏 □ 黄志辉 □ 穆云飞 □ 雷亚南

西南交通大学牵引动力国家重点实验室 成都 610031

1 研究背景

弹簧是一种利用材料弹性来工作的机械零件,储放能量、传递动力是弹簧的主要作用。击发弹簧是枪械结构中的重要组成部件,子弹上膛后,在扳机的作用下,击发是弹簧带动击锤运动,击锤敲击撞针,子弹出膛击发过程的性能受击发弹簧可靠性的影响较大。击发弹簧是一种异形弹簧,两端勾环偏心设置,勾环的轴线相互垂直,在实际工作中不仅存在拉力,而且受弯矩作用,从而使击发弹簧的应力构成相对复杂,需要对该异形击发弹簧进行可靠性分析。以往对弹簧的静强度和疲劳强度进行可靠性研究,多数以压缩弹簧为主,仅有少部分以拉伸弹簧为研究对象。笔者以异形击发弹簧为研究对象,应用HyperMesh和ANSYS软件联合仿真,研究异形击发弹簧在静载荷作用下的垂向刚度和应力[1-5]。

2 垂向刚度计算

异形击发弹簧材料采用SW-B钢,属性见表1。

表1 SW-B钢属性

异形击发弹簧的几何参数见表2。

表2 异形击发弹簧几何参数

根据表1、表2数据,应用CATIA软件建立异形击发弹簧的有限元模型,如图1所示。

▲图1 异形击发弹簧有限元模型

根据GB/T 23935—2009《圆柱螺旋弹簧设计计算》,拉伸弹簧的刚度计算与压缩弹簧一致[6]。

圆柱螺旋弹簧的垂向刚度KV为:

(1)

式中:G为材料剪切模量,G=77.0 GPa;d为簧丝直径;D为弹簧中径;n为弹簧总圈数,n=11.75。

计算得到垂向刚度KV为1.194 N/mm。

3 勾环强度计算

异形击发弹簧勾环结构如图2所示。异形击发弹簧在受到拉伸负荷时,勾环与工作簧连接处的A、B两个位置将承受较大的弯曲应力和剪切应力,异形击发弹簧容易在该区域断裂。……