鋼板彈簧撓度缺陷對支撐剛度的影響分析

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鋼板彈簧撓度缺陷對支撐剛度的影響分析

在有彈性接頭的機械設(shè)計中，經(jīng)常使用鋼板彈簧。鋼板彈簧具有較大的面內(nèi)剛度和相對較小的面外剛度，這使得所設(shè)計的彈性接頭在某些方向具有很大的剛度，即支撐剛度；而在期望運動的互補方向上具有較小的剛度，即驅(qū)動剛度。

常用的設(shè)計原則是靜定設(shè)計，即支撐的種類和數(shù)量與想要限制的自由度相匹配。該原則設(shè)計的優(yōu)勢是不會因為制造缺陷和熱變形而導致大的內(nèi)部應(yīng)力。鋼板彈簧厚度較小對于高比率的支撐剛度和驅(qū)動剛度是有利的。鋼板彈簧表面平整度的缺陷與偏移有類似的效果。此外，鋼板彈簧本身是個超靜定結(jié)構(gòu)，在無負荷的情況下其存在內(nèi)應(yīng)力，特別是面內(nèi)殘余應(yīng)力大。

為了研究平整度缺陷的影響，在無負荷情況下把鋼板彈簧看作為有初始撓度的梁單元進行建模，分別在平面內(nèi)和空間內(nèi)分析鋼板彈簧的受力特性。初始缺陷由連接件的預(yù)緊力引起，鋼板彈簧上部和下部的連接件引起的鋼板彈簧彈性撓度用兩個三級多項式進行擬合。為了簡化解析表達式，撓度的測量從鋼板彈簧中心線的平均位置進行。

通過對鋼板彈簧受力特性分析可知，由于鋼板彈簧平整度的缺陷或裝配錯位缺陷，當鉸接點從中心位置偏移時，其支撐剛度會下降，因此鋼板彈簧厚度的初始撓度對支撐剛度有顯著的影響。殘余應(yīng)力主要影響鋼板彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度，在彎曲狀態(tài)下，由于殘余應(yīng)力較大或厚度較小而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剛度增加，因此對于彈簧非對稱彎曲結(jié)果分析有很大的實用價值。鋼板彈簧所受的彎曲應(yīng)力大于臨界應(yīng)力值時，殘余應(yīng)力會影響到其彎曲剛度。

刊名：Procedia IUTAM（英）

刊期：2015年第13期

作者：J.P. Meijaard

編譯：王瑩