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彈簧設(shè)計的發(fā)展發(fā)布時間：2011.11.13 新聞來源：鎮(zhèn)江中虎彈簧有限公司 瀏覽次數(shù)：
目前，廣泛應(yīng)用的彈簧應(yīng)力和變形的計算公式是根據(jù)材料力學(xué)推導(dǎo)出來的。若無一定的實際經(jīng)驗，很難設(shè)計和制造出高精度的彈簧，隨著設(shè)計應(yīng)力的提高，以往的很多經(jīng)驗不再適用。例如，彈簧的設(shè)計應(yīng)力提高后，螺旋角加大，會使彈簧的疲勞源由簧圈的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移到外側(cè)。為此，必須采用彈簧精密的解析技術(shù)，當(dāng)前應(yīng)用較廣的方法是有限元法（FEM）。
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)，否則由于彈簧的不同變形，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(yán)格的要求，為此必須采用高精度的設(shè)計方法。有限元法可以詳細(xì)預(yù)測彈簧應(yīng)力疲勞壽命和永久變形的影響，能準(zhǔn)確反映材料對彈簧疲勞壽命和永久變形的關(guān)系。 近年來，彈簧的有限元設(shè)計方法已進入了實用化階段，出現(xiàn)了不少有實用價值的報告，如螺旋角對彈簧應(yīng)力的影響；用有限元法計算的應(yīng)力和疲勞壽命的關(guān)系等。 圖1-8所示為用現(xiàn)行設(shè)計方法計算和有限元法解析應(yīng)力的比較。對相同結(jié)構(gòu)的彈簧，在相同載荷作用下，從圖中可以看出，有效圈少的或螺旋角大的高應(yīng)力彈簧的應(yīng)力，兩種方法得出的結(jié)果差別比較大。這是因為隨著螺旋角的增大，加大載荷偏心，使彈簧外徑或橫向變形較大，因而應(yīng)力比較大。用現(xiàn)行的設(shè)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應(yīng)出來。 彈簧有限元分析方法，在彈簧技術(shù)水平較高的國家雖已進入實用化，我國雖有這方面的技術(shù)開發(fā)，但尚未形成實用模型。 另外，在彈簧的設(shè)計進程中還引進了優(yōu)化設(shè)計。彈簧的結(jié)構(gòu)較為簡單，功能單純，影響結(jié)構(gòu)和性能的參變量少，所以設(shè)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(shè)計方案，并取得了一定成效。隨著計算技術(shù)的發(fā)展，利用計算機進行非線性規(guī)劃的優(yōu)化設(shè)計取得了成效（見第10章11節(jié)）。 可靠性設(shè)計是為了保證所設(shè)計的產(chǎn)品的可靠性而采用的一系列分析與設(shè)計技術(shù)，它的功能是在預(yù)測和預(yù)防產(chǎn)品可能發(fā)生故障的基礎(chǔ)上，使所設(shè)計的產(chǎn)品達到規(guī)定的可靠性目標(biāo)值，是傳統(tǒng)設(shè)計方法的一種補充和完善。彈簧設(shè)計在利用可靠性技術(shù)方面取得了一定的進展（見第10章12節(jié)），但要進一步完善，需要數(shù)據(jù)的開發(fā)和積累。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在國內(nèi)外編制出各種版本的彈簧設(shè)計程序，為彈簧技術(shù)人員提供了開發(fā)創(chuàng)新的便利條件。應(yīng)用設(shè)計程序完成了設(shè)計難度較大的弧形離合器彈簧和鼓形懸架彈簧的開發(fā)等。 隨著彈簧應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，也給設(shè)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(shè)計時難以確切計算，要靠實驗數(shù)據(jù)來定。又如按現(xiàn)行設(shè)計公式求出的圈數(shù)，制成的彈簧剛度均比設(shè)計剛度值小，需要減小有效圈數(shù)，方可達到設(shè)計要求。當(dāng)前大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)計趨勢，以最大工作切應(yīng)力和疲勞壽命要求為例，列于表1-5。 表1-5 當(dāng)前大批量生產(chǎn)彈簧的設(shè)計趨勢 產(chǎn)品類型 最大工作切應(yīng)力 相關(guān)重要要求 一般機械結(jié)構(gòu)彈簧 靜載900~1200MPa 動載900~1000MPa 開始擁有疲勞壽命要求 螺旋扭轉(zhuǎn)簧 900~1000MPa 發(fā)動機氣門彈簧 油汞油嘴彈簧 950~1200MPa （一般1100 MPa） 疲勞壽命要求2.3× ，可靠度﹥90% 汽車變速箱、離合器彈簧 1100~1200MPa （一般1100 MPa） 有松弛要求，疲勞壽命要求（3~10）× 次 卡車駐動器彈簧 靜載1100~1200MPa 有松弛要求 懸架彈簧 1100~1200MPa 腐蝕疲勞壽命要求 （3~5）× 次 新高速機車懸架彈簧 1000~1200MPa 本文共分
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