欧学昊， 周长城， 李雪

(山东理工大学 交通与车辆工程学院， 山东 淄博 255049)

椭圆钢丝螺旋弹簧与圆钢丝螺旋弹簧相比，具有切应力分布更加均匀，更轻量化，并且节约安装空间等优点[1]。椭圆钢丝螺旋弹簧主要应用在高应力工况下，例如气门弹簧、离合器弹簧[2]，轨道车辆的一系悬挂弹簧组内簧也部分应用。

在椭圆钢丝弹簧的实际生产中，由于绕簧的精度和回火的影响，椭圆截面会产生绕截面形心旋转一定角度的变形[1]，该角度一般小于15°。通过有限元分析发现，弹簧在遭受同样载荷作用时，其所受最大切应力变大，在与高温冲击[3]、砾石冲击[4]等外界因素共同作用下，更容易出现弹簧断裂。

近年来，国内外学者对椭圆钢丝螺旋弹簧进行了研究。例如张英会[5]介绍了各式弹簧的应力和变形的简化近似计算公式；文献[6]对圆形钢丝弹簧与椭圆钢丝弹簧的应力分布进行比较分析；文献[7]对非圆形截面钢丝弹簧计算方法进行了探讨；文献[8]通过多次有限元分析对椭圆钢丝弹簧刚度、切应力进行分析，得到了最佳的截面参数；文献[9]通过有限差分法对椭圆钢丝的泊松方程进行求解，得到了椭圆钢丝弹簧应力分布的近似解；文献[10-11]均提出了水平椭圆钢丝弹簧切应力的计算方法。

文献[5-11]均未考虑工艺因素导致的椭圆钢丝截面的旋转。为了研究截面旋转角的影响、计算旋转椭圆钢丝螺旋弹簧切应力和刚度，本文基于弹性力学，推导旋转椭圆截面扭转切应力模型，通过分解的方法导出旋转椭圆截面弯曲切应力模型，采用叠加法得到弹簧的切应力分布模型；……