如今,彈簧的設計是應用的彈簧應力和變形的計算公式是根據(jù)材料力學推導出來的,若無一定的實際經(jīng)驗,很難用彈簧試驗機設計和制造出高精度的彈簧。隨著設計應力的提高,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,會使彈簧的疲勞源由簧圈的內(nèi)側轉移到外側。為此,必須采用精密的解析技術,當前應用較廣的方法是有限元法。
車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(guī)定的范圍內(nèi),否則將發(fā)生車身重心偏移。同時,要考慮環(huán)境腐蝕對其疲勞壽命的影響。隨著車輛保養(yǎng)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系。
近年來,彈簧的有限元設計方法已進入實用化階段,實現(xiàn)了不少有實用價值的報告,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高應力彈簧的應力,兩種方法得出的結果差別比較大。這是因為隨著螺旋角的增大,加之荷載偏心,使彈簧外徑或橫向變形較大,因而應力也較大。用現(xiàn)行的設計計算方法不能確切地反映,而有限元法則能較為確切地反映出來。
另外,在彈簧的設計過程中還引進了優(yōu)化設計。彈簧的結構較為簡單,功能單純,影響結構和性能的參變量少,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。隨著計算技術的發(fā)展,利用計算機進行非線性規(guī)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,它的任務是在預測和預防產(chǎn)品可能發(fā)生故障的基礎上,使所設計的產(chǎn)品達到規(guī)定的可靠性目標值,是傳統(tǒng)設計方法的一種補充和完善。彈簧設計在利用可靠性技術方面取得了一定的進展,但要進一步完善,需要數(shù)據(jù)的開發(fā)和積累。
隨著彈簧應用技術的開發(fā),也給設計者提出了很多需要注意和解決的新問題。如材料、強壓和噴丸處理對疲勞性能和松弛性能的影響,設計時難以確切計算;要考實驗數(shù)據(jù)來定又如按現(xiàn)行設計公式求出的圈數(shù),制成的彈簧剛度均比設計剛度值小,需要減少有效圈數(shù),方可達到設計要求。
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