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彈簧設計的發(fā)展

作者:admin 發(fā)布時(shí)間:2013-10-26 11:51:23點(diǎn)擊:1913

信息摘要: 目前,廣泛應用的彈簧應力和變形的計算公式是根據材料力學(xué)推導出來(lái)的,若無(wú)一定的實(shí)際經(jīng)驗,很難設計和制造出高精度的彈簧。隨著(zhù)設計應力的提高,以往的很多經(jīng)驗不再適用。例如,彈簧的設計應力提高后,螺旋角加大,會(huì )使彈簧的疲勞源由簧圈的內側轉移到外側。
 
目前,廣泛應用的彈簧應力和變形的計算公式是根據材料力學(xué)推導出來(lái)的,若無(wú)一定的實(shí)際經(jīng)驗,很難設計和制造出高精度的彈簧。隨著(zhù)設計應力的提高,以往的很多經(jīng)驗不再適用。例如,彈簧的設計應力提高后,螺旋角加大,會(huì )使彈簧的疲勞源由簧圈的內側轉移到外側。為此,必須采用精密的解析技術(shù),當前應用較廣的方法是有限元法(FEM)。

車(chē)輛懸架彈簧的特征是除足夠的疲勞壽命外,其永久變形要小,即抗松弛性能要在規定的范圍內,否則將發(fā)生車(chē)身重心偏移。同時(shí),要考慮環(huán)境腐蝕對其疲勞壽命的影響。隨著(zhù)車(chē)輛保養期的增大,對永久變形和疲勞壽命都提出了更嚴格的要求,為此必須采用高精度的設計方法。有限元法可以詳細預測彈簧應力對疲勞壽命和永久變形的影響,能準確反映材料對彈簧疲勞壽命和永久變形的關(guān)系。

近年來(lái),彈簧的有限元法設計方法進(jìn)入實(shí)用化階段,出現了不少有實(shí)用價(jià)值的報告,如螺旋角對彈簧應力的影響;用有限元法計算的應力和疲勞壽命的關(guān)系等。

對于相同結構的彈簧,在相同載荷作用下,有效圈少的或螺旋角大的風(fēng)吹草動(dòng)應力彈簧的應力,兩種方法得出的結果差別比較大。這是因為隨著(zhù)螺旋角的增大,加之載荷偏心,使彈簧外徑或橫向變形較大,因而應力也較大。用現行的設計計算方法不能確切地反映,而有限元法則以較為確切地反映出來(lái)。

另外,在彈簧的設計過(guò)程中還引進(jìn)了優(yōu)化設計。彈簧的結構較為簡(jiǎn)單,功能單純,影響結構和性能的參變量省,所以設計者很早就運用解析法、圖解法或圖解分析法尋求最優(yōu)設計方案,取得了一定成效。隨著(zhù)計算技術(shù)的發(fā)展,利用計算機進(jìn)行非線(xiàn)性規劃的優(yōu)化設計,取得了成效。

可靠性設計是為了保證所設計的產(chǎn)品的可靠性而采用的一系列分析與設計技術(shù),它的任務(wù)是在預測和預防產(chǎn)品可能發(fā)生故障的基礎上,使所設計的產(chǎn)品達到規定的可靠性目標值。是傳統設計方法的一種補充和完善。彈簧設計在利用可靠性技術(shù)方面取得了一定的進(jìn)展,但要進(jìn)一步完善,需要數據的開(kāi)發(fā)和積累。

隨著(zhù)彈簧應用技術(shù)的開(kāi)發(fā),也給設計者提出了很多需要注意和解決的新問(wèn)題。如材料、強壓和噴丸處理對疲勞性能和松弛性能的影響,設計時(shí)難以確切計算;要靠實(shí)驗數據來(lái)定;又如按現行設計公式求出的圈數,制成的彈簧剛度均比設計剛度值小,需要減少有效圈數,方可達到設計要求。
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