干涉式大气垂直探测仪中面弹簧的有限元分析

摘要

面弹簧是干涉式大气垂直探测仪中的精密部件,系统要求其在工作过程中具有较大刚度比和足够的轴向行程.利用有限元分析方法对面弹簧进行了优化设计.通过对比不同缝形面弹簧在轴向拉伸过程中的轴向刚度、径向刚度、刚度比,确定了螺旋缝形是相对最优缝形.进一步对螺旋缝形面弹簧做了系统分析,得到了螺旋缝形面弹簧中的基圆半径、螺距、旋转角度、指数、直径、开缝数、簧片厚度、材料的杨氏模量等参数在面弹簧轴向拉伸过程中,对其轴向刚度、径向刚度、刚度比的影响规律.根据有限元分析结果最终确定一组最优参数值 r0=20 mm,a=20/π2 mm/rad,θ1=πrad,b=2,φ=200 mm,n=3,t=0.2 mm,E=1.3 e11 Pa,并据此加工成实物.对实物的实测结果表明,螺旋缝形面弹簧具有的轴向行程和较大的刚度比达到了设计目标,验证了有限元分析结果的准确性和合理性.