弹簧
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弹簧工作原理弹簧是一种常见的机械零件,具有广泛的应用。
它常用于各种机械装置、汽车、家具、电子产品等领域。
弹簧的工作原理是通过其弹性变形来储存和释放能量,实现各种功能。
一、弹簧的基本结构和分类弹簧通常由金属材料制成,如钢、不锈钢等。
它的基本结构包括螺旋形状的线圈、两端的固定点和中间的工作部份。
根据其形状和用途的不同,弹簧可以分为压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧。
1. 压缩弹簧:压缩弹簧是最常见的一种弹簧,其线圈被压缩时会产生弹力。
它常用于减震装置、按钮开关、机械压力传感器等。
2. 拉伸弹簧:拉伸弹簧是线圈被拉伸时产生弹力的弹簧。
它常用于门窗、悬挂装置、拉力计等。
3. 扭转弹簧:扭转弹簧是通过扭转线圈产生弹力的弹簧。
它常用于钟表、自动门、电动玩具等。
二、弹簧的工作原理弹簧的工作原理可以通过胡克定律和弹性变形来解释。
胡克定律是描述弹簧弹性变形与施加力之间关系的基本规律。
1. 胡克定律:胡克定律表明,当弹簧受到外力作用时,其弹性变形与施加力成正比。
即弹簧的变形量(ΔL)与施加力(F)之间的关系可以表示为ΔL = kF,其中k为弹簧的弹性系数,也称为弹簧刚度。
2. 弹性变形:当外力作用于弹簧时,弹簧会发生弹性变形,即线圈的长度发生改变。
根据胡克定律,弹簧的变形量与施加力成正比,变形量越大,施加力越大。
3. 储能和释放能量:弹簧的工作原理是通过弹性变形来储存和释放能量。
当外力作用撤销时,弹簧会恢复原状,释放储存的能量。
这种能量的储存和释放使得弹簧能够实现各种功能,如减震、支撑、调节等。
三、弹簧的应用领域弹簧由于其特殊的工作原理和性能,被广泛应用于各个领域。
以下列举几个常见的应用领域:1. 汽车工业:弹簧在汽车悬挂系统中起到缓冲和支撑的作用,提高了行驶的平稳性和舒适性。
2. 家具创造:弹簧被用于床垫、沙发等家具中,提供舒适的支撑和缓冲效果。
3. 电子产品:弹簧在电子产品中的应用广泛,如按钮开关、键盘、摄像机快门等。
弹簧工作原理弹簧是一种具有弹性的机械元件,广泛应用于各种机械装置、工具和设备中。
它可以存储和释放能量,实现各种功能,例如减震、支撑、传动等。
本文将详细介绍弹簧的工作原理及其应用。
一、弹簧的基本结构和材料弹簧通常由金属材料制成,如钢、不锈钢、合金等。
它的形状可以是螺旋状、压缩状或拉伸状,根据不同的应用需求而定。
二、弹簧的工作原理弹簧的工作原理基于弹性变形的特性。
当外力作用于弹簧时,弹簧会发生弹性变形,存储能量。
当外力消失时,弹簧会恢复原状,释放存储的能量。
1. 弹簧的弹性变形当外力作用于弹簧上时,弹簧会发生弹性变形。
弹簧的弹性变形可以分为三种类型:拉伸、压缩和扭转。
- 拉伸弹簧:当外力沿弹簧的轴线方向拉伸时,弹簧会发生拉伸变形。
拉伸弹簧通常用于吊车、电梯等设备中。
- 压缩弹簧:当外力沿弹簧的轴线方向压缩时,弹簧会发生压缩变形。
压缩弹簧通常用于减震器、汽车悬挂系统等。
- 扭转弹簧:当外力对弹簧施加扭矩时,弹簧会发生扭转变形。
扭转弹簧通常用于钟表、机械仪器等。
2. 弹簧的弹性恢复当外力消失时,弹簧会恢复原状,释放存储的能量。
弹簧的弹性恢复与其材料的弹性模量和几何形状有关。
弹簧的恢复力与其变形量成正比,符合胡克定律。
三、弹簧的应用弹簧由于其独特的工作原理和性能特点,被广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的弹簧应用:1. 汽车工业:弹簧在汽车工业中起到重要作用,如悬挂弹簧、减震器弹簧、刹车弹簧等。
2. 机械工业:弹簧在机械装置中用于传动、支撑、减震等功能,如离合器弹簧、传动弹簧、支撑弹簧等。
3. 家电行业:弹簧在家用电器中用于开关、控制、缓冲等功能,如电视机遥控器弹簧、洗衣机门弹簧等。
4. 建筑行业:弹簧在建筑领域中用于门窗、升降设备等,如门弹簧、电梯弹簧等。
5. 医疗行业:弹簧在医疗设备中用于支撑、控制等功能,如手术床弹簧、医疗器械弹簧等。
四、弹簧的设计和选择在实际应用中,弹簧的设计和选择是非常重要的。
以下是一些考虑因素:1. 负荷和变形:根据应用需求确定弹簧的负荷和变形量,以保证其正常工作。
英文名:spring定义:利用材料的弹性和结构特点,使变形与载荷之间保持规定关系的一种弹性元件。
应用学科:机械工程(一级学科);机械零件(二级学科);弹簧(二级学科)弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。
一般用弹簧钢制成。
用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等,广泛用于机器、仪表中。
弹簧的种类复杂多样,按形状分,主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧等。
发明弹簧只是个蓄能器,它有储存能量的功能,但不能慢慢地把能量释放出来,要实现慢慢释放这一功能应该靠“弹簧+大传动比机构”实现,常见于机械表。
弹簧很早很早之前就有应用了,古代的弓和弩就是两种广义上的弹簧。
弹簧的发明家严格意义上应该是英国科学家虎克(RobertHooke),虽然那时螺旋压缩弹簧已经出现并广泛使弹簧压簧拉簧扭簧卡箍塔簧 (14张)用,但虎克提出了“虎克定律”——弹簧的伸长量与所受的力的大小成正比,正是根据这一原理,1776年,使用螺旋压缩弹簧的弹簧秤问世。
不久,根据这一原理制作的专供钟表使用的弹簧也被虎克本人发明出来。
而符合“虎克定律”的弹簧才是真正意义上的弹簧。
碟形弹簧是法国人贝勒维尔发明的,是用金属板料或锻压坯料而成的截锥形截面的垫圈式弹簧。
在近代工业出现之后,除了碟形弹簧之外还出现了气弹簧、橡胶弹簧、涡卷弹簧、模具弹簧、不锈钢弹簧、空气弹簧、记忆合金弹簧等新型弹簧。
主要功能①控制机械的运动,如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。
②吸收振动和冲击能量,如汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧等。
③储存及输出能量作为动力,如钟表弹簧、枪械中的弹簧等。
④用作测力元件,如测力器、弹簧秤中的弹簧等。
弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度,刚度越大,则弹簧越硬。
弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件,弹簧在受载时能产生较大的弹性变形,把机械功或动能转化为变形能,而卸载后弹簧的变形消失并回复原状,将变形能转化为机械功或动能。
弹簧工作原理弹簧是一种能够储存和释放弹性势能的机械元件,广泛应用于各个领域,如机械、汽车、电子等。
弹簧的工作原理是基于材料的弹性变形能力,通过受力变形来储存和释放能量。
一、弹簧的基本结构弹簧通常由金属材料制成,常见的材料有钢、不锈钢等。
它的基本结构包括两端固定点和中间的弹性杆,形状可以是直线形的压缩弹簧、拉伸弹簧,也可以是螺旋形的扭转弹簧。
二、弹簧的工作原理1. 压缩弹簧的工作原理压缩弹簧是一种在受到压力时缩短长度的弹簧。
当外力施加在压缩弹簧上时,弹簧受到压缩变形,内部份子之间的距离减小,产生弹性势能。
当外力消失时,弹簧会恢复原状,释放储存的能量。
例如,汽车避震器中的压缩弹簧,在车辆行驶过程中,弹簧受到路面的冲击力,压缩变形并储存能量,然后在车辆通过不平路面时释放能量,减缓震动,提供舒适的行驶感受。
2. 拉伸弹簧的工作原理拉伸弹簧是一种在受到拉力时延长长度的弹簧。
当外力施加在拉伸弹簧上时,弹簧受到拉伸变形,内部份子之间的距离增加,同样产生弹性势能。
当外力消失时,弹簧会恢复原状,释放储存的能量。
例如,弹簧秤中的拉伸弹簧,在物体悬挂在弹簧上时,弹簧受到物体的重力拉伸变形,根据胡克定律,弹簧的伸长量与受力成正比。
通过测量弹簧的伸长量,可以确定物体的分量。
3. 扭转弹簧的工作原理扭转弹簧是一种在受到扭转力时发生变形的弹簧。
当外力施加在扭转弹簧上时,弹簧受到扭转变形,螺旋形的弹簧线圈之间发生相对位移,产生弹性势能。
当外力消失时,弹簧会恢复原状,释放储存的能量。
例如,手表中的发条就是一种扭转弹簧。
通过扭转发条,将能量储存起来,然后通过发条的逐渐释放,驱动手表的运行。
三、弹簧的设计和应用弹簧的设计需要考虑多个因素,如所需的弹性系数、载荷、变形量等。
根据具体的应用需求,选择合适的材料和形状,以达到所需的弹性性能。
弹簧广泛应用于各个领域,如机械、汽车、电子等。
在机械领域,弹簧常用于减震、传动、支撑等方面。
在汽车领域,弹簧用于悬挂系统、刹车系统等。
弹簧工作原理弹簧是一种具有弹性的机械元件,广泛应用于各种机械装置和工具中。
它的工作原理基于弹性变形,即当受到外力作用时,可以发生形状或者长度的变化,当外力消失时,又能恢复到原来的形状或者长度。
一、弹簧的结构和分类弹簧通常由金属材料制成,常见的材料有钢、不锈钢等。
根据形状和用途的不同,弹簧可以分为以下几种类型:1. 压缩弹簧:也称为压簧,是一种闭合的弹簧,通常呈圆柱形,两端为平面或者略呈球面。
当受到压缩力时,弹簧会发生压缩变形。
2. 张力弹簧:也称为拉簧,是一种开合的弹簧,通常呈直线形状,两端为钩状。
当受到拉力时,弹簧会发生拉伸变形。
3. 扭转弹簧:也称为扭簧,是一种螺旋形的弹簧,通常呈圆柱形或者圆锥形。
当受到扭力时,弹簧会发生扭转变形。
二、弹簧的工作原理弹簧的工作原理可以用胡克定律来描述。
胡克定律是描述弹性体变形的力学定律,它表明弹性体的变形与所受的外力成正比。
1. 压缩弹簧的工作原理当外力作用在压缩弹簧上时,弹簧会发生压缩变形。
根据胡克定律,弹簧的压缩变形与作用在其上的力成正比。
即 F = kx,其中 F 为作用在弹簧上的力,k 为弹簧的弹性系数,x 为弹簧的压缩变形量。
弹簧的弹性系数是一个常数,它取决于弹簧的材料和几何形状。
2. 张力弹簧的工作原理当外力作用在张力弹簧上时,弹簧会发生拉伸变形。
同样根据胡克定律,弹簧的拉伸变形与作用在其上的力成正比。
即 F = kx,其中 F 为作用在弹簧上的力,k为弹簧的弹性系数,x 为弹簧的拉伸变形量。
3. 扭转弹簧的工作原理当外力作用在扭转弹簧上时,弹簧会发生扭转变形。
同样根据胡克定律,弹簧的扭转变形与作用在其上的力成正比。
即M = kθ,其中 M 为作用在弹簧上的扭矩,k 为弹簧的扭转刚度系数,θ 为弹簧的扭转角度。
三、弹簧的应用弹簧作为一种重要的机械元件,广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的应用:1. 汽车悬挂系统:弹簧被用于汽车的悬挂系统中,起到减震和支撑的作用,使车辆行驶更加平稳。
弹簧的弹性力弹簧是一种常见的弹性物体,它在物理学中占有重要地位。
弹簧的独特性能使其在日常生活和工业领域中得到广泛应用。
在本文中,我们将探讨弹簧的弹性力,介绍弹簧的工作原理以及弹簧应用的案例。
一、弹簧的基本结构与类型弹簧通常由柔性的金属材料制成,具有能够储存和释放力量的特性。
根据形状和结构的不同,弹簧可以分为以下几种类型:1. 压缩弹簧:这种弹簧是由紧密相邻的螺旋弹力片或金属环组成。
当外部力施加在压缩弹簧上时,它会缩短并产生弹性力。
2. 张力弹簧:与压缩弹簧相反,张力弹簧在拉伸时产生弹性力。
它通常由单根金属丝制成,两端固定并在中间形成螺旋状。
3. 扭转弹簧:这种弹簧是由金属棒或线缠绕而成,用于承受扭矩力。
当弯曲或扭转时,扭转弹簧会产生恢复力。
二、弹簧的工作原理弹簧的弹性力是基于胡克定律而产生的。
胡克定律表明,当弹性物体受到外力作用时,其弹性形变与所加力成正比。
弹簧遵循这一定律,根据弹性力的大小和方向来实现伸缩性或扭转性的变形。
弹簧的弹性力可以通过以下公式计算:F = -kx其中,F代表弹性力,k代表弹簧的刚度系数,x代表弹簧的伸缩或扭转位移。
三、弹簧的应用案例1. 悬挂系统:汽车、自行车和摩托车等交通工具的悬挂系统中常用弹簧来吸收和减缓颠簸和震动,提供平稳的行驶体验。
2. 动力测量:弹簧测力计是一种常见的测力装置,广泛应用于机械工程、建筑工程和实验室等领域,用于测量受力物体的力量。
3. 避震减振:建筑物、桥梁和机械设备等需要抵抗地震或振动的结构常使用弹簧系统来减少震动和振幅。
4. 弹簧刹车:弹簧刹车是一种常见的自行车和摩托车刹车系统,利用弹簧的弹性力来实现刹车作用。
5. 工业制造:在工业生产中,弹簧广泛应用于机械、电子、家具和电力设备等领域,用于连接、支撑和调节装置的功能。
结论通过本文的介绍,我们了解到弹簧是一种具有弹性力的常见物体,在各个领域有着重要的应用。
弹簧的工作原理基于胡克定律,利用其弹性力来实现伸缩或扭转变形。
弹簧科技名词定义中文名称:弹簧英文名称:spring定义:利用材料的弹性和结构特点,使变形与载荷之间保持规定关系的一种弹性元件。
应用学科:机械工程(一级学科);机械零件(二级学科);弹簧(三级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片弹簧弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。
一般用弹簧钢制成。
用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等,广泛用于机器、仪表中。
弹簧的种类复杂多样,按形状分,主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧等。
目录1弹簧的发明和功能发明1最早金属丝弹簧是谁发明的主要功能1弹簧的类什么是螺旋弹簧?1什么是拉伸弹簧?1什么是压缩弹簧?1弹簧分类弹簧的制造设备历史最悠久的弹簧制造公司弹簧各部分名称:弹簧常用符号和单位弹簧的规定画法弹簧的应用利用弹簧的功能1.测量功能2.紧压功能3.复位功能4.带动功能5.缓冲功能6.振动发声功能词语解释基本解释详细解释变形金刚人物弹簧现行关于弹簧的标准展开编辑本段弹簧的发明和功能发明弹簧只是个蓄能器,它有储存能量的功能,但不能慢慢地把能量释放出来,要实现慢慢释放这一功能应该靠“弹簧+大传动比机构”实现,常见于机械表。
弹簧很早很早之前就有应用了,古代的弓和弩就是两种广义上的弹簧。
弹簧严格意义上的弹簧发明家应该是英国的科学家虎克(RobertHooke),虽然那时螺旋压缩弹簧已经出现并广泛使用,但虎克提出了“虎克定律”——弹簧的伸长量与所受的碟簧力的大小成正比,正是根据这一原理,1776年,使用螺旋压缩弹簧的弹簧秤问世。
不久,根据这一原理制作的专供钟表使用的弹簧也被虎克本人发明出来。
而符合“虎克定律”的弹簧才是真正意义上的弹簧。
碟形弹簧是法国人贝勒维尔发明的,是用金属板料或锻压坯料而成的截锥形截面的垫圈式弹簧。
在近代工业出现之后,除了碟形弹簧之外还出现了气弹簧、橡胶弹簧、涡卷弹簧、模具弹簧、不锈钢弹簧、空气弹簧、记忆合金弹簧等新型弹簧。
弹簧的力学性质弹簧是一种常见的弹性体,具有独特的力学性质。
它广泛应用于机械、汽车等领域,对于各种力学问题的解决都起着重要的作用。
本文将探讨弹簧的力学性质,包括材料特性、弹性变形、弹性系数等方面。
一、材料特性弹簧通常由金属材料制成,具有良好的弹性和可塑性。
常见的弹簧材料包括钢、铜等。
这些材料具有较高的强度和刚度,能够承受较大的应力和变形。
选择合适的材料对于弹簧的力学性质具有重要影响。
二、弹性变形弹簧在受到外力作用时,会发生弹性变形。
弹簧的变形方式分为拉伸和压缩两种情况。
在拉伸过程中,弹簧的长度会增加;在压缩过程中,弹簧的长度会减小。
弹簧的弹性变形是可逆的,即当外力消失时,弹簧会恢复到原来的形状和长度。
在弹性变形的过程中,弹簧内部会产生应力和应变。
应力是单位面积上的力,用来衡量材料的抗力能力;应变是单位长度上的变形量,用来衡量材料的形变程度。
根据胡克定律,应力与应变之间存在线性关系。
这一关系可以用公式表示为:应力 = 弹性系数 ×应变其中,弹性系数是一个材料的特性参数,用来描述材料的刚度。
弹性系数越大,材料的刚度越大,弹簧的拉伸或压缩程度越小;弹性系数越小,材料的刚度越小,弹簧的拉伸或压缩程度越大。
不同的材料具有不同的弹性系数,这使得弹簧在应用中有多种选择。
三、弹性系数弹性系数是衡量弹簧刚度的重要指标,通常用弹簧常数来表示。
对于拉伸或压缩弹簧,常见的弹簧常数有弹簧刚度系数(K)和弹簧刚度(S)。
弹簧刚度系数是指单位长度的弹簧在单位应力下所产生的应变量。
弹簧刚度是指弹簧在受到单位应力时所产生的拉力或压力。
弹簧的弹性系数可以根据材料的力学特性和几何形状来计算。
对于钢制弹簧,弹性系数可以通过胡克定律和弹簧的几何参数来计算。
对于其他材料的弹簧,还需要考虑材料的热胀冷缩等因素。
四、应用领域弹簧由于其独特的力学性质,在各个领域都有广泛的应用。
在机械制造中,弹簧通常用来存储和释放机械装置的能量,实现运动的平衡和控制。
弹簧的分类及应用列举一、弹簧的定义及分类弹簧是一种能够储存和释放机械能的弹性元件,广泛应用于各种机械设备和工业生产中。
根据不同的形状、材料和用途,弹簧可以分为以下几类:1. 压缩弹簧:压缩弹簧是一种直径较大、长度较小的弹性元件,常用于缓冲、减震、支撑等方面。
它们通常是圆柱形或圆锥形,由钢丝或带钢制成。
2. 拉伸弹簧:拉伸弹簧是一种直径较小、长度较长的弹性元件,主要用于拉伸和挂载。
它们通常是圆柱形或圆锥形,由钢丝或带钢制成。
3. 扭转弹簧:扭转弹簧是一种能够承受扭转力并具有回复力的元件。
它们通常呈螺旋形或双螺旋形,由钢丝或带钢制成。
4. 扁平弹簧:扁平弹簧是一种厚度相对较小、长度相对较长的弹性元件,常用于汽车悬挂系统、工业机械等方面。
它们通常由钢带制成,形状可以是矩形、梯形、圆角矩形等。
二、压缩弹簧的应用1. 汽车减震器:汽车减震器中使用的压缩弹簧能够缓解汽车行驶时产生的震动和冲击力,提高行驶舒适性和稳定性。
2. 工业机械:工业机械中常使用压缩弹簧作为支撑元件,如机床上的弹性支座、压力表中的调整弹簧等。
3. 家电产品:家电产品中也广泛使用压缩弹簧,如洗衣机中的减震垫、冰箱中的门板支撑弹簧等。
三、拉伸弹簧的应用1. 电子产品:拉伸弹簧在电子产品中应用广泛,如手机键盘上的按键回复弹簧、打印机上的纸张张紧器等。
2. 交通运输设备:拉伸弹簧在交通运输设备中也有重要作用,如铁路线路上的拉伸弹簧、电梯中的安全绳等。
3. 医疗器械:医疗器械中也有拉伸弹簧的应用,如手术钳中的拉伸弹簧、注射器中的活塞弹簧等。
四、扭转弹簧的应用1. 电子产品:扭转弹簧在电子产品中也有重要作用,如音响设备中的扬声器振动片、相机快门上的扭转弹簧等。
2. 汽车零部件:汽车零部件中也广泛使用扭转弹簧,如发动机气门上的传动弹簧、离合器压盘上的压盘回复弹簧等。
3. 工业机械:工业机械中也有扭转弹簧的应用,如自动售货机上货道旋钮所使用的扭转弹簧等。
1.1 引言轻卡在我国卡车使用的比重中占据较大的份额,在不增加卡车车身长度的情况下,采用卡车平头化是为了提高卡车的载货能力,卡车平头化以后,发动机的保养和维修就需要卡车驾驶室能够翻转。
仅仅依靠人力来翻转是不可行的,必须要依靠翻转机构。
翻转机构又分为机械式翻转机构和液压式翻转机构,机械式翻转机构又分为单扭杆式翻转机构和双扭杆式翻转机构[1]。
轻卡驾驶室一般使用单扭杆的机械式翻转机构,单扭杆式的翻转机构的核心部件是为翻转机构提供动力的扭杆弹簧。
扭杆弹簧是一种弹性机械零件,它跟其它种类弹簧一样,都是利用材料的弹性以及本身结构和总体布置的特点,把机械能或动能转变为变形能,然后再将变形能转变为机械能或动能,实现能量的转变[2]。
扭杆弹簧具有单位体积储能大、体积小、便于加工制造等优点,已经被广泛用于各类机械、仪表、电器、车辆、各种设备,以及日用器具上[3]。
如精密仪器和天平上的平衡弹簧,汽车和装甲履带车辆悬架装置的悬架扭杆弹簧和稳定扭杆弹簧[4];高速内燃机汽门上防颤动的辅助汽门弹簧,空气缓冲器的稳压器,缓和驱动轴扭矩变化的稳定元件以及各种门、窗、盖绞接链的助力和平衡弹性元件等,都采用扭杆弹簧作为缓冲和储能元件。
此可见,扭杆弹簧已被广泛用于各类机械设备和装备上,从精密仪器到各种控制及测力设备,从坦克装甲车辆到民用各种越野车辆和工程机械,无所不用,并且它的应用范围正在逐步扩大。
在轻卡的翻转机构中,翻转机构的性能取决于扭杆的设计以及制造工作。
在考察产品设计与产品开发成本的过程中,从图1-1 可以清楚地看到,产品设计仅需整个产品开发过程中大约8%的工时成本;其他环节如生产准备与加工、原材料准备与外购件的采购、管理和销售虽然非常重要,不可或缺且需要耗费大量的工时成本。
然而,设计对产品最终成本的影响高达70%[5]。
因此,可以说,在一个产品设计完成的时候,也就是一个产品的开发成品确定的时候。
传统设计,是20 世纪以来,设计人员加强了对设计的基础理论进行研究,随着科学技术的进步与发展以及设计经验的累积,形成了一套经验与理论相结合的设计方法,通过这套设计方法与工艺相结合来进行机电产品的设计。
传统设计,又称之为常规设计,是因为这套设计方法已经经过了长时间的验证,证明了可行性,并且一直沿用至今。
它是以设计经验作为参考,结合力学和数学相关的理论知识,通过经验公式,近似系数或者类比等数学方法来设计,换句话说,传统设计方法就是一种基于静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动的设计方法。
随着现代生产技术的需求增大,市场激烈竞争,技术的不断完善,更加先进的设计手段的诞生都使得现在的常规设计方法已难以满足要求,从而迫使设计领域不断研究和发展新的设计方法和技术。
现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展,它继承了传统设计的精华,吸收了当代科技成果和计算机技术。
与传统设计相比,它则是一种基于知识的,以动态分析、精确计算、优化设计和CAD为特征的设计方法。
现代设计方法与传统设计方法对比,现代设计方法有以下几个方面的优势[6]:①产品结构分析的定量化;②产品工况分析的动态化;③产品质量分析的可靠性化;④产品设计结果的最优化;⑤产品设计过程的高效化和自动化。
目前,我国设计领域正面临着由传统设计向现代设计过渡的过程之中,设计人员应适应这一新的变化。
通过推行现代设计理论和方法,尽快提高我国机电产品的性能、质量、可靠性和在市场的竞争能力。
CAE 的英文全称为“Computer Aided Engineering”,中文意为“计算机辅助工程”,是现代设计理论的核心思想。
CAE 是指以计算数学、计算力学及相关工程科学为基础的针对复杂工程或产品进行数学建模、计算分析、行为模拟与优化设计的计算机信息处理技术[7]。
其中,“相关工程科学”涉及机械、电子、建筑、交通、气象、地质、海洋、生物、医药等极为广阔的应用领域,由此形成了众多的CAE 技术应用分支。
而计算数学与计算力学则渗透于各个应用分支,为具体工程问题的建模与求解提供相应的数学工具,从而构成相关CAE 软件的核心计算方法。
1.2 研究背景与国内外研究现状天窗翻转机构可分为机械式、液压式。
机械式又可分为手动式和自动式。
液压式翻转机构造价昂贵,一般用于重型卡车中,相对于机械式来说液压式价格昂贵、可靠性差而且故障较多。
机械式翻转机构的扭转弹簧的工作应力范围较大,而且扭转弹簧一直是处于受载的状态。
扭簧式翻转机构由于其重量轻、结构简单、占据空间小等优点一般用于轻型卡车中;双扭杆式翻转机构一般用于中型卡车中,双扭杆比单扭杆可以承载更大扭矩,使驾驶室左右受力均匀,不会形成扭曲现象,所以大多数中型卡车翻转机构都采用双扭杆结构[12]。
翻转机构中的核心部件扭杆,长时间处于受载的状态,虽然扭杆也会在动载荷,静载荷的交变载荷下工作,但是更多的时候是处于满载的状态。
因此,扭杆的蠕变破坏比扭杆的疲劳失效、疲劳破坏更加的严重。
翻转机构的性能对扭杆的结构有着很高的要求,特别是扭杆的直径变化之处容易产生的应力集中,是最易产生蠕变破坏的关键部位。
现代设计方法能通过CAE 分析技术在设计阶段有效的解决应力集中,疲劳等问题,为试验研究提供基础和方向。
自东风柳州汽车有限公司于1995 年开始采用扭杆式翻转机构以来,扭杆式翻转机构就开始在中、轻型卡车上得到了应用。
目前,在我国生产和销售的中、轻型卡车大多数都采用扭杆式翻转机构,例如:江淮、东风、一汽、依维柯跃进等。
国内为翻转机构配套生产扭杆弹簧的企业有宁波跃进前桥有限公司、上海欧雷法弹簧有限公司以及主要生产汽车配件的,以翻转机构为代表产品的安凯华夏汽车配件有限公司。
国内的轻卡驾驶室目前采用的翻转机构结构都会出现诸如:驾驶室翻转短期失效,翻转无力,轻便性差等问题。
给人为的操作带来不便,同时对驾驶员的安全不能构成保障。
国内扭杆弹簧的材料一般采用的都是60Si2Mn、60Si2MnA弹簧钢,少数的生产商也会采用新45 号钢作为扭杆的材料,但是联结部分都采用渐开线花键端头来联结固定。