Analysis of Parabolic Leaf Spring Failure

Abstract

The purpose of this final project was to make an the fracture analysis for a parabolic leaf spring. The leaf spring type is used in a mining machine. The machine is designed for personnel and equipment transportation in a mine environment. The objectives were to gather information about effects of the improvement in the spring’ structure and study phenomena which eventually lead to the fracture of the spring.

The project was divided into theoretical and experimental sections. The theoretical section included dynamic simulation with the multibody system approach and the finite element analysis. The multibody system was used to determine of the force flux of the spring. Values of the force flux were used as input forces in the finite element analysis. The experimental section consisted of strain gage measurements. Strain gage measurements were used to define stress levels in the examination point. The fatigue life time of the spring was calculated by using the loading history from measurements.

The cause of the spring fracture was defined from results, produced by calculations and measurements. The results were also used as a criterion for the change of the spring type. As a final result, the project produced prototypes for new springs.

Työn tarkoituksena oli tehdä parabeelisen lehtijousen vaurioanalyysi. Lehtijousi on käytössä kaivosajoneuvossa, joka on tarkoitettu henkilöstön ja varusteiden kuljetukseen kaivoksissa. Analyysissä tutkittiin jouseen tehdyn parannuksen vaikutusta ja ilmiöitä, jotka aiheuttivat vaurion.

Teoreettisessa vaiheessa ongelmaa lähestyttiin dynamiikan simulointia ja elementtimenetelmää hyväksi käyttäen. Dynamiikan simulointi mahdollisti jousen voimavuon määrityksen. Voimia käytettiin tämän jälkeen elementti-menetelmä laskennassa. Kokeellisessa vaiheessa jousen jännitykset tarkastelupisteessä määri-teltiin venymäliuskamittausten avulla. Mittauksista saatuja kuormitustietoja käytettiin jousen kestoiän laskentaan.

Saaduista laskenta- ja mittaustuloksista pystyttiin selvittämään jousen todennäköinen katkeamissyy. Tuloksilla pystyttiin perustelemaan jousen konstruktion muutoksen tarve. Lopputuloksena projektista saatiin ajoneuvoon uuden jousimallin prototyypin.