目前,廣泛應用的五金彈簧應力和變形的計算公式是根據材料力學(xué)推導出來(lái)的.若無(wú)一定的實(shí)際經(jīng)驗,很難設計和制造出高精度的彈簧,隨著(zhù)設計應力的提高,以往的很多經(jīng)驗不再適用.

　彈簧有限元分析方法,在彈簧技術(shù)水平較高的國家雖已進(jìn)入實(shí)用化,我國雖有這方面的技術(shù)開(kāi)發(fā),但尚未形成實(shí)用模型.另外,在彈簧的設計進(jìn)程中還引進(jìn)了優(yōu)化設計.

　彈簧的結構較為簡(jiǎn)單,功能單純,影響結構和性能的參變量少,所以設計者很早就運用解析法、圖解法或圖解分析法尋求最優(yōu)設計方案,并取得了一定成效.隨著(zhù)計算技術(shù)的發(fā)展,利用計算機進(jìn)行非線(xiàn)性規劃的優(yōu)化設計取得了成效可靠性設計是為了保證所設計的產(chǎn)品的可靠性而采用的一系列分析與設計技術(shù),它的功能是在預測和預防產(chǎn)品可能發(fā)生故障的基礎上,使所設計的產(chǎn)品達到規定的可靠性目標值,是傳統設計方法的一種補充和完善.

　例如,五金彈簧的設計應力提高后,螺旋角加大,會(huì )使彈簧的疲勞源由簧圈的內側轉移到外側.為此,必須采用彈簧精密的解析技術(shù),當前應用較廣的方法是有限元法.車(chē)輛懸架彈簧的特征是除足夠的疲勞壽命外,其永久變形要小,即抗松弛性能要在規定的范圍內,否則由于彈簧的不同變形,將發(fā)生車(chē)身重心偏移.同時(shí),要考慮環(huán)境腐蝕對其疲勞壽命的影響.隨著(zhù)車(chē)輛保養期的增大,對永久變形和疲勞壽命都提出了更嚴格的要求,為此必須采用高精度的設計方法.有限元法可以詳細預測彈簧應力疲勞壽命和永久變形的影響,能準確反映材料對彈簧疲勞壽命和永久變形的關(guān)系.

　近年來(lái),彈簧的有限元設計方法已進(jìn)入了實(shí)用化階段,出現了不少有實(shí)用價(jià)值的報告,如螺旋角對彈簧應力的影響;用有限元法計算的應力和疲勞壽命的關(guān)系等.所示為用現行設計方法計算和有限元法解析應力的比較.對相同結構的彈簧,在相同載荷作用下,從圖中可以看出,有效圈少的或螺旋角大的高應力彈簧的應力,兩種方法得出的結果差別比較大.這是因為隨著(zhù)螺旋角的增大,加大載荷偏心,使彈簧外徑或橫向變形較大,因而應力比較大.用現行的設計計算方法不能確切地反映,而有限元法則能較為確切地反應出來(lái).

　彈簧設計在利用可靠性技術(shù)方面取得了一定的進(jìn)展,但要進(jìn)一步完善,需要數據的開(kāi)發(fā)和積累.隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展,在國內外編制出各種版本的彈簧設計程序,為五金彈簧技術(shù)人員提供了開(kāi)發(fā)創(chuàng )新的便利條件.應用設計程序完成了設計難度較大的弧形離合器彈簧和鼓形懸架彈簧的開(kāi)發(fā)等.隨著(zhù)彈簧應用技術(shù)的開(kāi)發(fā),也給設計者提出了很多需要注意和解決的新問(wèn)題

　如材料、強壓和噴丸處理對疲勞性能和松弛性能的影響,設計時(shí)難以確切計算,要靠實(shí)驗數據來(lái)定.又如按現行設計公式求出的圈數,制成的彈簧剛度均比設計剛度值小,需要減小有效圈數,方可達到設計要求.當前大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的設計趨勢,以最大工作切應力和疲勞壽命要求為例.