【正文】 此對于彈簧各方面的性能要求非常嚴格，不允許有絲毫的問題出現(xiàn)。因此我們研究圓柱螺旋 彈簧顯得尤為重要。 本課題是研究圓柱螺旋彈簧端面接觸形式對其疲勞壽命的影響。 鐵路軌道機車車輛用一、二系懸掛圓柱螺旋彈簧研究現(xiàn)狀及應用 在鐵路技術引進前，由于機車車輛運行速度低，對彈簧質量要求相對較低，對彈簧早期失效破壞鮮有研究，且由于當時工藝手段相對落后，疲勞破壞多發(fā)生于彈簧工作圈，所以傳統(tǒng)的彈簧設計及工藝控制多是針對彈簧工作圈的應力。目前，鐵路客車制造過程中，廣泛采用了兩系彈簧裝置承載和減振，圓柱螺旋彈簧作為走行部關鍵部位，其質量特性對車輛的動力學性能和運行品質有著重要的影響?，F(xiàn)在的彈簧設計對彈 簧的支承圈也提出了更大的要求。在制造過程中，應該避免對彈簧表面的損傷，支承圈末端與工作圈之間的間隙不能過小。當支撐圈與相鄰工作圈間隙偏小時，在重載情況下，彈簧端圈支承部位與鄰圈發(fā)生接觸，易在鄰圈圓弧面產(chǎn)生局部擠壓損傷，引發(fā)應力集中，造成彈簧斷裂。 彈簧疲勞壽命的薄弱環(huán)節(jié)在彈簧支承圈與工作圈的接觸部位 ,因此該部位的幾何形狀尤為重要 ,以保證加載過程中 ,彈簧支撐圈與工作圈接觸為較長的線接觸 ,減小接觸應力。 碾尖尖部錐度應盡量與彈簧螺旋升角一致，并且尖 部應平整圓滑，避免彈簧工作時發(fā)生局部點接觸。如果有局部點接觸的地方， 此地會很有可能出現(xiàn)應力集中。支承圈會受到很大的壓力，會可能導致彈簧過早的斷裂。 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 隨著我國鐵路機車車輛的全面提速，對轉向架處彈簧的要求也越來越嚴格?，F(xiàn)在已將一系懸掛式彈簧改進為并列式組合彈簧，適當?shù)母纳贫祽覓焓綇椈傻目v向彈簧旁承距離等建議。二系懸掛式彈簧的縱向距離擴大到 450mm到 600mm之間，增加角剛度，由彈簧橫向回彈力產(chǎn)生回轉阻力矩，減少角位移，抑制蛇行運動，有利于機車的平穩(wěn)性 【 2】 。通過對車輛運動作為動力學振動分析，并做了大量的調研工作，閱讀文獻，將在二系懸掛式圓柱螺旋彈簧與其他彈簧做了對比分析分析，發(fā)現(xiàn)圓柱螺旋彈簧好，提出應采用圓柱螺旋彈簧來達到理想減振的效果。機車車輛運行中要獲得良好的運行平穩(wěn)性 , 需要靠彈簧減振裝置來保證 , 彈簧可用以緩和軌道不平順對車輛簧上部分的動作用力。車體減振的主要彈性元件是機車車輛的一系和二系懸掛彈簧 , 它起到了車輛運行時緩沖、減振、控制運動的作用。目前機車車輛廣泛使用的懸掛彈簧是圓柱螺旋彈簧它的優(yōu)點是 : 剛度穩(wěn)定 , 結構簡單、制造方便、應用廣泛 , 但該 彈簧的主要剛度是沿著軸線方向 , 是應用于垂直方向的減振性能。 圓柱螺旋彈簧端面結構形式的研究現(xiàn)狀 YI 型：兩個端面圈均與鄰圈并緊，并在專用的磨床上磨平。 YII 型：加熱卷繞時彈簧絲兩端制扁且與鄰圈并緊（端面圈可磨平也可不磨平）。 YIII 型：兩個端圈均與鄰圈并緊不磨平。在重要的場合，應采用 YI 型，以保證兩支撐端面與彈簧的軸線垂直，從而使彈簧受壓時不受傾斜。彈簧料徑 d≤ 時，彈簧的兩個端面可不必磨平。 d 時的彈簧，兩支撐端面則需磨平。磨平部分應不少于同周長的 3/4，端頭厚度一般不小于 d/8。 死圈：彈簧的兩個端面圈與鄰圈并緊（無間隙），只起支撐作用，不參與變形，故稱為死圈。當彈簧的工作圈數(shù) n≤7 時，彈簧每端的死圈約為 圈；當 n7 時，每端的死圈約為 1~ 圈 【 3】 。 接觸問題的研究進展 圓柱螺旋彈簧相對于普通壓縮彈簧的主要特性來源于彈簧有效圈與支撐圈的摩擦接觸作用，因此深入研究圓柱螺旋彈簧端圈與其他結構的接觸問題對提高彈簧的疲勞壽命有重要的作用。 現(xiàn)代意義上的接觸力學，可追溯到 1882 年，接觸力學先驅 Hertz 在一家德文雜志發(fā)表了具有開創(chuàng)性的論文“論彈性固體的接觸” 【 4】 。然而，一百多年來，接觸力學最初的發(fā)展是緩慢的。自 Hertz 的第一篇論文發(fā)表以來，直到 20 世紀初，才有較多的接觸力學方面的文獻問世。促使人們對接觸現(xiàn)象進行研究的經(jīng)典領域主要有：火車的輪軌接觸，機車牽引動力和 制動力的傳遞；各種動力機械中齒的運動和動力傳遞；滾動軸承的受力分析。到了近代，現(xiàn)代工業(yè)不但對傳統(tǒng)的動力傳輸構建的接觸力學分析的精度和可靠性提出了更高的要求，還將研究領域擴大到諸如計算機磁頭、微電子開關、功能 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 復合材料界面強度等方面。 實際上，凡有機械部分的工業(yè)設備中，幾乎無一例外地存在固體的接觸現(xiàn)象，需要用接觸力學的方法加以研究。非但如此，在壓力加工、材料成型工藝、摩阻材料等相關工業(yè)部門中，在用計算機輔助設計的方法進行與材料和結構有關的設計、加工、控制等過程中，接觸力學的因素也逐漸成為人們應該考慮的重要內(nèi)容，這就加速了接觸分析方法的技術進展，這就使得圓柱螺旋彈簧這類通過接觸摩擦形成獨特能力的機械基礎部件的接觸分析越顯重要和可行。 目前，接觸研究散見于理論力學、彈性力學、機械設計和車輛動力學等研究分析中。長期以來，人們之所以沿用古典的 Hertz 理論來處理復雜的工程問題，固然體現(xiàn)了該理論的奠基作用，同時也返映了由于缺乏實驗和數(shù)值模擬手段而不得不把非線性問題作為線性，有限幾何尺寸簡化為無限大，動力問題處理為靜態(tài)的現(xiàn)實。近年來，隨著現(xiàn)代實驗和計算機科學的迅速發(fā)展，古老的接觸力學已經(jīng)擺脫困境，走向突破。這表現(xiàn)在復雜本構關系的引入，有限元等數(shù)值方法的使用和摩擦學、材料學科間的滲透等。 在 Hertz 有關接觸力學的第一篇著作后的 100 年里，人們主要是在 Hertz 理論的基礎上工作 【 5 】 。 20 世紀 40 年代，Muskhelishvili 在彈性體接 觸力學的數(shù)學理論方面有突出貢獻。 1961 年， Galin【 6】 的“彈性理論中的接觸問題”一書總結了 Muskhelishvili 的工作。 Glad well【 78】 于 1980 年出版的著作“彈性力學經(jīng)典理論中的接觸問題”主要考慮集中的或大范圍的無摩擦接觸或粘著接觸。有關百年來接觸力學理論成果的最完整的總結，是 1985 年 Johnson【 9】的著作“接觸力學”。這本書也涉及一些彈塑性和粘彈性體接觸內(nèi)容。 1988 年 Kikuchi 和 Oden 的“彈性體接觸問題：變分不等式研究和有限元法”一書是早期關于 接觸問題數(shù)值計算理論的方法的總結。 1990 年 Kalker【 10】 的“三維彈性體的滾動接觸”是主要以鐵路輪軌接觸界面作用力為背景的有關滾動接觸的專著。該書的主要成就，是總結和發(fā)展了適于工程應用的彈性體滾動接觸的界面作用力及其時間變化率的各種簡化表達式，以及相應的數(shù)值方法。 隨著現(xiàn)代計算機運算速度的存儲能力的發(fā)展，接觸問題的數(shù)值模擬得到了快速發(fā)展，相應的也促進了有限元法在接觸非線性方面的研究，使得各種接觸類型均可在計算機上通過有限元法進行模擬，擴展了接觸問題的研究范圍和內(nèi)容。 對于特別針對圓柱螺旋彈簧端面接 觸的文獻很少，因此，隨著接觸力學和有限元技術的發(fā)展，為圓柱螺旋彈簧這種空間復雜模型的接觸分析應用提供了可能。 我國彈簧行業(yè)與國外工業(yè)發(fā)達國家的差距 目前，我國企業(yè)經(jīng)營模式正由產(chǎn)供銷向銷供產(chǎn)轉變，但由于產(chǎn)供銷模式在我國長期存在，使我國很多企業(yè)不能適應市場的經(jīng)濟條件下的激烈競爭。很多企業(yè)還不能做到以銷定產(chǎn)，盲目的大量生產(chǎn)使產(chǎn)品大大過剩，造成產(chǎn)品的積壓。而國外工業(yè)發(fā)達國家根據(jù)市場需求制定產(chǎn)品生產(chǎn)計劃，在庫量只有一個多月的銷售量。與工業(yè)發(fā)達國家相比，我 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 國目前的產(chǎn)品結構不夠合理，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)低技術含量的普通件，而技術含量高的異性件只有少數(shù)規(guī)模大廠才有能力生產(chǎn)，而且品種規(guī)格少，產(chǎn)品有限。結果造成普通產(chǎn)品供過于求，而高技術含量高附加值的高檔次品種卻不能滿足需求。 企業(yè)組織結構松散，企業(yè)組織規(guī)模小而缺乏競爭實力。 我國彈簧產(chǎn)品與國外工業(yè)發(fā)達國家同類產(chǎn)品相比，質量較差，性能較低，技術水平也有所不如，而且有些異性件和高強度產(chǎn)品都超出了我國彈簧企業(yè)的生產(chǎn)能力。在我國眾多彈簧產(chǎn)品中，卻沒有一個國際品牌，這給我國彈簧產(chǎn)品的出創(chuàng)匯帶來了很大的不良影響。在科學研究及新產(chǎn)品開發(fā)方面，我國與工業(yè)發(fā)達國家的差距尤為明顯。大多數(shù)企業(yè)技術開發(fā)能力薄弱，我國彈簧企業(yè)所研制開發(fā)出來的很多產(chǎn)品落后于國外十幾年之久，部分產(chǎn)品的研制跟不上市場的需求，造成不必要的投入。而且對于市場上已經(jīng)投入使用的進口產(chǎn) 品我們卻搞不懂他們的生產(chǎn)工藝。另外，行業(yè)專業(yè)科研院所少，而且設備，資金都缺乏，致使很多的科研項目不能完成 【 11】 ?？傊覈鴱椈尚袠I(yè)的發(fā)展還遠遠不及工業(yè)發(fā)達國家的技術水平。 本論文的研究內(nèi)容、方法及可行性分析 本論文的研究內(nèi)容是制作圓柱螺旋彈簧時棒料兩端碾尖與不碾尖兩種情況對彈簧疲勞壽命的影響。大多數(shù)熱卷壓縮螺旋彈簧，在卷制前，將坯料兩端制成斷面尺寸逐漸減少的矩形截面形狀，這個過程叫做碾尖。鋼料兩端不制扁的彈簧