目前,廣泛應用的發(fā)條彈簧應力和變形的計算公式是根據材料力學推導出來的,若無一定的實際經驗,很難設計和制造出高精度的發(fā)條彈簧。隨著設計應力的提高,以往的很多經驗不再適用。例如,發(fā)條彈簧的設計應力提高后,螺旋角加大,會使發(fā)條彈簧的疲勞源由簧圈的內側轉移到外側。為此,采用的解析技術,當前應用較廣的方法是有限元法(FEM)。
車輛懸架發(fā)條彈簧的特征是除足夠的疲勞壽命外,其變形要小,即抗性能要在規(guī)定的范圍內,否則將發(fā)生車身偏移。同時,要考慮環(huán)境腐蝕對其疲勞壽命的影響。隨著車輛保養(yǎng)期的增大,對變形和疲勞壽命都提出了更嚴格的要求,為此采用高精度的設計方法。有限元法可以詳細預測發(fā)條彈簧應力對疲勞壽命和變形的影響,能準確反映材料對發(fā)條彈簧疲勞壽命和變形的關系。
近年來,發(fā)條彈簧的有限元法設計方法進入實用化階段,出現(xiàn)了不少有實用價值的報告,如螺旋角對發(fā)條彈簧應力的影響;用有限元法計算的應力和疲勞壽命的關系等。
對于相同結構的發(fā)條彈簧,在相同載荷作用下,圈少的或螺旋角大的風吹草動應力發(fā)條彈簧的應力,兩種方法得出的結果差別比較大。這是因為隨著螺旋角的增大,加之載荷偏心,使發(fā)條彈簧外徑或橫向變形較大,因而應力也較大。用現(xiàn)行的設計計算方法不能確切地反映,而有限元法則以較為確切地反映出來。