彈簧有限元分析方法,在彈簧技術水平較高的國家雖已進入實用化,我國雖有這方面的技術開發(fā),但尚未形成實用模型。另外,在彈簧的設計進程中還引進了優(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設計方案,并取得了一定成效。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品的可靠性而采用的一系列分析與設計技術,它的功能是在預測和預防產品可能發(fā)生故障的基礎上,使所設計的產品達到規(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,需要數據的開發(fā)和積累。
彈簧是工業(yè)生產中有重大需求的彈性零件,彈簧在運行過程中主要的作用是減震、復位及傳遞力和力矩。由于彈簧用途廣泛,它的蹤跡遍及國民經濟的各個領域,滲入到人們的日常生活。但在各使用領域中汽車業(yè)(包括發(fā)動機制造業(yè)與摩托車制造業(yè))是彈簧最重要的顧客,目前國內彈簧制造企業(yè)銷售收入40%以上來自汽車相關產業(yè)。并且由于汽車產品涉及到人身安全、環(huán)境保護和能源消耗,上世紀80年代以后各國政府紛紛通過立法的方式對汽車的安全、排放、節(jié)能指標提出種種要求,這些要求主機廠必然分解落實到各種配套產品。以懸架彈簧為例,80年代至今彈簧使用應力提高近20%,重量相應減少。氣門彈簧普遍地從原來內外彈簧組成的雙彈簧結構轉變?yōu)閱螐椈山Y構,材料節(jié)省30%以上。
近年來,彈簧的有限元設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,如螺旋角對彈簧應力的影響;用有限元法計算的應力和疲勞壽命的關系等。圖1-8所示為用現(xiàn)行設計方法計算和有限元法解析應力的比較。對相同結構的彈簧,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大,加大載荷偏心,使彈簧外徑或橫向變形較大,因而應力比較大。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
切地反應出來。