传统汽车钢板弹簧设计与分析方法

    钢板弹簧的设计计算包括钢板弹簧应力的计算、钢板弹簧各片长度的确定、钢板弹簧刚度验算、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算、钢板弹簧组装后总成弧高及钢板弹簧强度,但主要任务还是各片应力和刚度的计算[,]。由于钢板弹簧在工作过程中会产生大变形,以及片与片之间的接触是非线性的,所以建立一个完善的计算模型是很困难的.归结起来.板弹簧传统的设计分析方法的发展主要经历了三个阶段,共同曲率法、集中载荷法和综合法。
(1)共同曲率法
    前苏联帕尔希洛夫斯基在1954年提出了共同曲率法。其基本理论是:在任何载荷下,钢板弹簧的各片沿其整个长度彼此间无间隙接触,在同一个截面上每片都有相同的曲率,于是就将它化简为梯形单片弹簧进行设计和计算。但共同曲率法的假设满足不了簧片端部没有应力《弯矩)的边界条件,在计算最末几片应力时误差较大,所求得的弹簧刚度也偏大一些,所以需要对刚度进行修正[6,7,81
    (2)集中载荷法
    集中载荷法是另外一种典型的用于刚度验算和应力分析的方法,也是由前苏联专家在上世纪50年代中期提出.其基本假设是:在任何载荷条件下,板簧各叶片之间只在根部和端部无摩擦地接触并传递力,各个接触点工作中不会脱开.在接触点上相邻的网片具有相同的挠度。然而,按该假设所计算出的各片应力分布是由两条折线组成(末片除外).和实测的应力分布相比有较大的差距,因而还需要修正。但集中载荷法对短片特别是最后两片应力的计算精度很高,板簧刚度的计算值一般会偏小【91
    (3)综合法
    综合上述两种方法的合理之处,故提出了二者的结合即综合法。综合法模型特点是对最后两片采用集中载荷法,而其余各片用共同曲率法。其首先由前苏联专家提出,并引用了一些应力分布试验的数据进行验证,但最终的计算结果和试验结果存在较大的差别,只有在板簧片数较少时才符合这种假设川.为了满足片端无应力的边界条件,湖南大学在上述结论的基础上,对各片片端厚度做了修正。这种方法采纳了共同曲率假定与集中负荷假定中正确反映钢板弹簧承载特征的部分,去除了其不合理部分,逼近了实际弹簧的刚度:且满足了自由端的边界条件,


提高了精度。由于这种方法对各片的假设不相同,而且各片片端厚度修正与实际不符合,所
以也是不可取的[7]。
    在一定的程度上,综合法改善了集中载荷法和共同曲率法的某些不足,提高了一定的计算精度,但计算量相对较大。以上所介绍的几种方法均属于解析法,解析法对模型有过多的简化,不符合实际,因而钢板弹簧的力学本质不能得到准确反映。
    事实上,板簧各簧片之间的接触状态不仅与各簧片本身有关,与同组的其他叶片的弧高、自由曲率、长度、厚度等几何形状、工作载荷、装配力等多种因素也有很大关系,因而它是在工作载荷作用下多个弹性体组合件的一个非线性接触响应问题,不能事先服从一些“假定”。因此,用解析法设计钢板弹簧会在使用中出现问题。

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