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钢板弹簧刚度的计算方法

时间:2013-12-10 16:03来源:弹簧网 作者: 点击:
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[导读] 相比较下,共同曲率法和集中载荷法是钢板弹簧刚度传统的计算方法。除此以外,我国的学者孔辉对共同曲率法中所存在的一些固有缺陷提出了一种计算方法主片分析法。学者田光宇则
 相比较下,“共同曲率法”和“集中载荷法”是钢板弹簧刚度传统的计算方法。除此以外,我国的学者孔辉对共同曲率法中所存在的一些固有缺陷提出了一种计算方法——主片分析法。学者田光宇则针对集中载荷法的一些固有缺陷,提出了自己的想法。他们二者的出发点都是把板簧各片看成是等截面的悬臂梁,不考虑板簧各片之间的摩擦和板簧变形过程中的大变形特性,采用经典梁公式计算第1叶片的端点挠度,进而求得板簧的刚度。

共同曲率法由前苏联的帕尔希洛夫斯基提出,其基本假设为板簧受载后各叶片在任一截面上都有相同的曲率,即把整个板簧看成是一变截面梁,由此推出对称板簧的刚度计算公式如下:

集中载荷法的基本假设为板簧各叶片仅在端部相互接触,即假定第i片与第i-1片之间仅有端部的一个接触点,接触力为Pi,并且在接触点处两相邻叶片的挠度相等。其中P1为第1片所受外载荷。因此,系统中的未知力为P2,P3,…,Pn共n-1个,由接触点处挠度相等可得到n-1个方程,求解此方程组可得到未知作用力P2,P3,…,Pn,再根据第1片所受载荷求出第1片的端点挠度,进而可求得板簧的刚度。

基于以上假设,可得板簧刚度计算公式如下:an+2=an+1=l1。

集中载荷法假定板簧每片仅在端部相互接触,而实际上板簧片内各点也可能互相接触,基于此种想法,改进的集中载荷法提出了如下假设:a.各片之间不仅仅在端点处存在相互作用,而是存在若干个接触点,如图2所示,第i片与第i-1片之间存在Ni个接触点,记这些点到板簧对称面的距离为lij,j=1,2,…,Ni;b.第i片与第i-1片之间仅在预先设定的Ni个接触点相互作用有集中力,记为Pi1,Pi2,PiNi,如图2所示。

与集中载荷法类似,系统中共有 个未知力,由 个接触点处的挠度相等可以得到 个方程,求解此方程组即可得到各个未知力的大小。根据第1片上的受力情况即可求得第1片的片端挠度,进而可以求得板簧的刚度。

与集中载荷法不同,用此法计算出来的结果不能保证各个未知力均大于或等于零(即接触点之间只能存在压力),为此,需要运用迭代算法来解决这一问题。

板簧刚度的计算公式如下:

共同曲率法假设板簧受载后各叶片在任意横截面上都有相同的曲率,这一假设中存在一个明显与事实不相符的地方,即各片自由端均不可能存在集中弯矩,因此也就不可能与上一片同一截面处曲率相等。为此,主片分析法做出了如下假设。a.每片板簧分为约束部分与非约束部分,第i片板簧的约束部分与非约束部分的定义;b.板簧各片在非约束部分向下自由变形,在约束部分符合共同曲率假设,即各截面上与上一片在此区段内的曲率相同。

以上各种计算方法的共同点就是把板簧各片近似等效为悬臂梁,而对各片之间的接触采用不同的方法进行模拟。实际上,板簧工作时存在大变形特性,用线性悬臂梁模拟存在一定偏差,而且板簧各片间的接触模拟方式也较粗糙。采用有限元法计算板簧刚度就可以克服上述缺点,使得计算精度更高,并且对变截面簧、少片簧和渐变刚度板簧都可以很好的求出其工作刚度,具有实际的意义。

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