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鋼板彈簧撓度缺陷對(duì)支撐剛度的影響分析

在有彈性接頭的機(jī)械設(shè)計(jì)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(duì)較小的面外剛度，這使得所設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)的互補(bǔ)方向上具有較小的剛度，即驅(qū)動(dòng)剛度。

常用的設(shè)計(jì)原則是靜定設(shè)計(jì)，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(jì)的優(yōu)勢(shì)是不會(huì)因?yàn)橹圃烊毕莺蜔嶙冃味鴮?dǎo)致大的內(nèi)部應(yīng)力。鋼板彈簧厚度較小對(duì)于高比率的支撐剛度和驅(qū)動(dòng)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(gè)超靜定結(jié)構(gòu)，在無負(fù)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(fù)荷情況下把鋼板彈簧看作為有初始撓度的梁?jiǎn)卧M(jìn)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(gè)三級(jí)多項(xiàng)式進(jìn)行擬合。為了簡(jiǎn)化解析表達(dá)式，撓度的測(cè)量從鋼板彈簧中心線的平均位置進(jìn)行。

通過對(duì)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(cuò)位缺陷，當(dāng)鉸接點(diǎn)從中心位置偏移時(shí)，其支撐剛度會(huì)下降，因此鋼板彈簧厚度的初始撓度對(duì)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(duì)于彈簧非對(duì)稱彎曲結(jié)果分析有很大的實(shí)用價(jià)值。鋼板彈簧所受的彎曲應(yīng)力大于臨界應(yīng)力值時(shí)，殘余應(yīng)力會(huì)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