鋼板彈簧的設(shè)計計算包括鋼板彈簧應(yīng)力的計算、鋼板彈簧各片長度的確定、鋼板彈簧剛度驗算、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算、鋼板彈簧組裝后總成弧高及鋼板彈簧強(qiáng)度,但主要任務(wù)還是各片應(yīng)力和剛度的計算[,]。由于鋼板彈簧在工作過程中會產(chǎn)生大變形,以及片與片之間的接觸是非線性的,所以建立一個完善的計算模型是很困難的.歸結(jié)起來.板彈簧傳統(tǒng)的設(shè)計分析方法的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段,共同曲率法、集中載荷法和綜合法。
(1)共同曲率法
前蘇聯(lián)帕爾希洛夫斯基在1954年提出了共同曲率法。其基本理論是:在任何載荷下,鋼板彈簧的各片沿其整個長度彼此間無間隙接觸,在同一個截面上每片都有相同的曲率,于是就將它化簡為梯形單片彈簧進(jìn)行設(shè)計和計算。但共同曲率法的假設(shè)滿足不了簧片端部沒有應(yīng)力《彎矩)的邊界條件,在計算最末幾片應(yīng)力時誤差較大,所求得的彈簧剛度也偏大一些,所以需要對剛度進(jìn)行修正[6,7,81
(2)集中載荷法
集中載荷法是另外一種典型的用于剛度驗算和應(yīng)力分析的方法,也是由前蘇聯(lián)專家在上世紀(jì)50年代中期提出.其基本假設(shè)是:在任何載荷條件下,板簧各葉片之間只在根部和端部無摩擦地接觸并傳遞力,各個接觸點工作中不會脫開.在接觸點上相鄰的網(wǎng)片具有相同的撓度。然而,按該假設(shè)所計算出的各片應(yīng)力分布是由兩條折線組成(末片除外).和實測的應(yīng)力分布相比有較大的差距,因而還需要修正。但集中載荷法對短片特別是最后兩片應(yīng)力的計算精度很高,板簧剛度的計算值一般會偏小【91
(3)綜合法
綜合上述兩種方法的合理之處,故提出了二者的結(jié)合即綜合法。綜合法模型特點是對最后兩片采用集中載荷法,而其余各片用共同曲率法。其首先由前蘇聯(lián)專家提出,并引用了一些應(yīng)力分布試驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證,但最終的計算結(jié)果和試驗結(jié)果存在較大的差別,只有在板簧片數(shù)較少時才符合這種假設(shè)川.為了滿足片端無應(yīng)力的邊界條件,湖南大學(xué)在上述結(jié)論的基礎(chǔ)上,對各片片端厚度做了修正。這種方法采納了共同曲率假定與集中負(fù)荷假定中正確反映鋼板彈簧承載特征的部分,去除了其不合理部分,逼近了實際彈簧的剛度:且滿足了自由端的邊界條件,
提高了精度。由于這種方法對各片的假設(shè)不相同,而且各片片端厚度修正與實際不符合,所
以也是不可取的[7]。
在一定的程度上,綜合法改善了集中載荷法和共同曲率法的某些不足,提高了一定的計算精度,但計算量相對較大。以上所介紹的幾種方法均屬于解析法,解析法對模型有過多的簡化,不符合實際,因而鋼板彈簧的力學(xué)本質(zhì)不能得到準(zhǔn)確反映。
事實上,板簧各簧片之間的接觸狀態(tài)不僅與各簧片本身有關(guān),與同組的其他葉片的弧高、自由曲率、長度、厚度等幾何形狀、工作載荷、裝配力等多種因素也有很大關(guān)系,因而它是在工作載荷作用下多個彈性體組合件的一個非線性接觸響應(yīng)問題,不能事先服從一些“假定”。因此,用解析法設(shè)計鋼板彈簧會在使用中出現(xiàn)問題。