汽車鋼板彈簧的設(shè)計(jì)

汽車鋼板彈簧的設(shè)計(jì)1、無2、鋼板彈簧裝在汽車上所承受1固然，梁的輪廓線〔斷面變化狀況〕公式是：(3) ……(4f-撓度

(1)...(2)……c-剛度 a-根部應(yīng)力-比應(yīng)力(單位變形所產(chǎn)生的應(yīng)力，反映同樣 f的狀況下應(yīng)力幅的大小) 8-外形系數(shù)，Q-彈簧根部負(fù)荷，Q=2P,L-彈簧長度，L=2L，E-彈性模數(shù)，10-根部慣性矩，W0-21部之慣性矩比值所確定。11-端部慣性矩

………(5)外形系數(shù)取決于矩形段長度與總長之比 ………..(6)式中： -為矩形段單邊長度(3)等寬度，厚度為拋物線和端部及根部為矩形三段組成。將根部的矩形段延長，并比理論拋物線根部厚度增大一些，是為了減小根部應(yīng)力，抑制這部位由于接觸應(yīng)力和應(yīng)力集中導(dǎo)致的早期損壞。 對這種單片(1)….(4論拋物線根部的斷面參數(shù)，即：..7)式中：

而外形這種彈簧的最4)等寬度，厚度由三段直線組成。為了使軋制工藝和檢驗(yàn)方法簡便些，可以將上述拋物線區(qū)段用直線代替，形成一根由三段直線組成的變斷面梁。 同樣，對這種彈簧分段積分求變形，經(jīng)整理后，其計(jì)算公式具有與上述式〔1〕….〔4〕一樣形式，其外形系數(shù)中 -為彈簧半長

〔8〕式中：其按上述式〔3〕、〔4〕計(jì)算最大應(yīng)力。從以上公式可以看出，對于抱負(fù)的等應(yīng)力梁，假設(shè)是等厚度的三角形梁， n=0結(jié)果S=1.5，假設(shè)是等寬度的拋物線梁，入仁0,入2=入3=1，結(jié)果8=2。它們都可以獲得最大的外形系數(shù)即最大撓度增大系數(shù)。對于等寬等厚的矩形梁8=1為最小值。其它各種輪廓，外形系數(shù)都介于這二者之間。3計(jì)上如何來確定輪廓線呢？①、從設(shè)計(jì)的合理性講，根本的原則是使應(yīng)力分布盡量均勻，也就是盡量接近等應(yīng)力分布。這里可以引入材料利用率的概念，也就是在一樣的最大應(yīng)力提前下，承受材料利用率最高的輪廓線。 所謂材料利用率，就是彈簧的單位體積或重量所貯存的彈性能與抱負(fù)等應(yīng)力梁的單位體積或重量所貯存的彈性能的比值。 一般多片簧材料利用率8=60%8=75%85%。②、但在設(shè)計(jì)時(shí)還要依據(jù)工藝后，就每一類輪廓而言，也要合理地選擇尺寸參求的剛度。四、多片鋼板彈簧的剛度和工作應(yīng)力計(jì)算計(jì)算多片鋼板彈簧的目的，也就是為了求得它的剛度，比應(yīng)力以及承載后的撓度、應(yīng)力等。此外還要計(jì)算總成裝配后各片的預(yù)應(yīng)力。多片鋼板彈簧的計(jì)算，是建筑在肯定的假設(shè)根底上的。假設(shè)不同，計(jì)算結(jié)果也不同。有兩種最典型的，又是截然相反的假設(shè)，即共同曲率法和集中載荷法，實(shí)際的多片簧，往往不完全符合這兩種假設(shè)中的某一種，或者在工作過程中介于它們中間變化。 1、這根等效的單片簧。一種是以寬度為梯外形的單片簧來代替多片簧，另一種是保存多片簧各葉片的端部外形，以一種鋸齒形〔階梯外形〕的單片簧來代替多片簧。 〔1〕單片梯形梁的假設(shè)將多片鋼板彈簧簡化為單片梯形梁，可以很簡潔地得到計(jì)算結(jié)果。這時(shí)只要對開放后的單片簧，將其端部總寬度和根部總寬度的邊緣聯(lián)成一線，就形成一根梯形梁，見上圖。利用材料力學(xué)小〔1〕、〔2〕〔3〕、〔4〕、〔5〕I0〔3〕和〔4〕計(jì)算出的靜應(yīng)力和比應(yīng)力，葉片根部的應(yīng)力和比應(yīng)力： .......〔8〕 .......〔9〕式中：IK-K片根部慣性矩WK-K布：……..〔10〕式中：-x長度處各片慣性矩之和，K為該處的片數(shù)。IK、WK-x長度處所計(jì)算葉片之慣性矩，斷面系數(shù)?！?〕單片鋸齒形梁的假設(shè)〔階梯形〕將多片簧的葉片按等效的原則開放成為等厚的單片簧，而各片端部保存原狀，就形成一根邊緣為鋸齒形或階梯的梁，對于端部不切角不軋薄的葉片，開放后就成為有規(guī)章的垂直鋸齒狀。見上圖，同樣，可以利用材料力學(xué)求小撓度梁變形的方法，利用分段積分，求得梁的變形即撓度，或改寫成剛度公式。 對于對稱的半橢圓鋼板彈簧： ......〔11〕式中：

而 -為主片之半長

-K片之半長-為從第一片到第K片的慣性矩之和 -為修正系數(shù)端部為矩形取

=0.85~0.87=0.88~0.92以上公式稱巴希洛夫圓鋼板彈簧：

對于不對稱的半橢….〔12〕式中：而、為主片和第K片的另一半長2、集中載荷法 與共同曲率法的假設(shè)正相反，集中載荷法假設(shè)多片簧在任何負(fù)荷作用下，各葉片之間只在端點(diǎn)和根部無摩擦地接觸，只在這些部位有力的傳遞。所以，集中載荷法又稱端點(diǎn)法。按照這樣的假設(shè)，多片簧的力學(xué)模型如下圖。這里有n-1個(gè)未知力X2….Xn，依據(jù)材料力學(xué)求梁變形的方法，可以對每個(gè)單片求其端點(diǎn)以及與下一片端點(diǎn)接觸處的變形，然后，根據(jù)變形全都原理，令相鄰兩片在端點(diǎn)接觸處的變形相等，即可得到n-1個(gè)方程式，經(jīng)整理后得：A2P+B2X2+C2X3=0A3X2+B3X3+C3X4=0 AKXK-1+BKXK+CKXK+1=0AnXn-1+BnXn=0〔13〕此方程組為n-1元線性方程，用代入法就可以解出X2….Xn。知道了各單片的受力狀況，就更簡潔求出其它的參數(shù)了。例如依據(jù)第一片承受的力 P和X2，可以算.〔14〕從式〔13〕解出X2代入式〔14〕，就得到C位。同樣，可求出各單片的應(yīng)力分布。根部應(yīng)力：與下一端點(diǎn)接觸處的應(yīng)力： 由于各單片只承受集中3U型螺栓跨距之半〔下側(cè)邊〕到主片端點(diǎn)〔上側(cè)邊〕U〔下側(cè)邊〕到最終一個(gè)重疊片的端點(diǎn)〔上側(cè)邊〕1、鋼板彈簧根本參數(shù)計(jì)算〔1〕首先要確定與整〔量〕來的零件〔傳動(dòng)軸、縱拉桿、推力桿〕：〔支點(diǎn)距〕〔雙方商定或由主機(jī)廠負(fù)責(zé)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的給定〕③、靜撓度f靜： 彈簧的靜撓度是指滿載靜負(fù)荷的彈簧的變形量，它是打算平順性的根本參數(shù)。 依據(jù)靜撓度，初步可以確定前、后懸架的自由振動(dòng)頻率。靜撓度和自由振動(dòng)頻率的關(guān)系可由下式表示： 選取較低的自振頻率，可以獲得良好的平順性。但是自振頻率過低，也就是說靜撓度過大，又會(huì)消滅一些沖突。a.自振頻率過低，則彈簧過軟，當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，便產(chǎn)生嚴(yán)峻：“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身側(cè)傾加劇。b.靜撓度增大后，汽車在壞路面行駛時(shí)，就會(huì)常常碰撞緩沖塊，為了避開常常碰撞緩沖塊，則要求相應(yīng)地增加動(dòng)撓度，這c.靜撓度和動(dòng)撓度增加后，車輪自振頻率和靜撓度一般為：前懸架N=100?125次/分，f靜=55?90mm。后懸架N=105?130次/分，f靜=50?80mm。為了削減汽車行駛過程中產(chǎn)生縱向頻簸〔縱向角振動(dòng)〕后懸架的自振頻率應(yīng)盡可能接近。一般前、后頻率的比值取0.85?1。④、動(dòng)撓度 在動(dòng)載荷作用下，彈簧從靜載荷位置起，變形到構(gòu)造所容許的最大可能變形量。 一般取〔載重車〕⑤、滿載時(shí)彈簧弧高 一般期望當(dāng)汽車滿載10?30mm。⑥、〔2〕C簧的公式。對于半橢圓式鋼板彈簧 依據(jù)期望的剛度C來計(jì)算彈簧的幾個(gè)主要尺寸。a.外形系數(shù)而。先確定主片的重疊片數(shù)nl,然后估量總片數(shù)n。依據(jù)兩者慣性矩的比值n，在代入上式。或者查表求出外形系數(shù)E°b.初定無效長度LS我們把夾緊部位中的一部份看成不起作用的，稱為無效長度。由于夾緊零件不行能是確定剛性的，所以不行能將騎馬螺栓中心距內(nèi)的全部長度當(dāng)做無效長度。一般說，無效長度與騎馬螺栓中心距S成正比，但又和以下因素有關(guān)。1、彈簧底座和蓋板長度及端部園角。2、蓋板和彈簧之間是否留有間隙。3、蓋板和底座本身的剛性。4、彈簧和底座蓋板之間是否有軟墊。 5、騎馬螺栓的拉伸剛度，取決于直徑和長度。6、騎馬螺栓的擰緊力矩。 這些影響因素?zé)o法用數(shù)學(xué)公式表達(dá)，我們只能將無效長度表示為：式中a——無效長度系數(shù)a取決于上述的各因素，只能靠試驗(yàn)來確定，從a1a=0.5距S,參數(shù)類似的構(gòu)造初定無效長度系數(shù)aL,按下式計(jì)算有效長度。C.總成總的慣性矩I。對于各片斷面一樣的彈簧鋼板，其中I為每片斷面慣性矩。

n為對于斷面不同的鋼板彈簧，其中IK表示各片自己的斷面慣性矩，。對于矩形斷面：d.材料的彈性模數(shù)E: 對于合金鋼一般均可?、凇⒈葢?yīng)對于半橢圓形鋼板彈簧: 式中總的慣性矩與總的斷面系數(shù)之比，對于矩形斷面，即為鋼板厚度的一半。建議比應(yīng)力值按以下范圍選取:=450~550kgf/Cm2/Cm越野車平衡懸架簧

一般載重車=650~800kgf/Cm2/Cm=750~800kgf/Cm2/Cm假設(shè)弧高或按下式計(jì)算夾緊所引起的弧高變化量。 2、鋼板彈簧裝車后的參數(shù)驗(yàn)算。 經(jīng)過上面的計(jì)算，鋼板彈簧總成的根本規(guī)格〔長度、寬度、厚度、片數(shù)〕〔剛度、比應(yīng)力、自由弧高〕〔1〕P和已選定的夾緊剛度C,先算出該負(fù)荷下的靜撓度。這樣就可以〔/分〕一般要計(jì)算滿載和空載兩種〔2〕靜應(yīng)力按已確定的比應(yīng)力，即可算出對應(yīng)某靜撓度 f的靜應(yīng)力。力值處在以下范圍:前簧:后主簧:后付簧:平衡彈簧:由于材料和工藝條件的不斷進(jìn)步，設(shè)計(jì)所用〔3〕極限動(dòng)行程的應(yīng)力值稱極限應(yīng)力。 極限應(yīng)力由下式計(jì)算：

極限應(yīng)力的許用值為：

衡彈簧：v 極限動(dòng)行程的大小和汽車的使用條件以及所fmdd=2~2.5d=2~3.5越野車輛 d>3.5 可見，越松軟的彈簧〔fm越大〕，就應(yīng)選擇較小的比應(yīng)力，才能保證彈簧的靜強(qiáng)度。C反映，最終要與承載負(fù)荷聯(lián)系在一起?；?/p>

彈簧的軟〔4〕前在最強(qiáng)制動(dòng)時(shí)的強(qiáng)度校核：〔縱扭校核〕 設(shè)計(jì)前鋼板彈簧時(shí)，還必需校核強(qiáng)制動(dòng)時(shí)的強(qiáng)度，以免根部縱扭塑變或卷耳損壞。這對重心較高、軸距較短的汽車，以及長度較短的前簧更為突出。 ①、工況確實(shí)定： 我國載重汽車的制動(dòng)系統(tǒng)習(xí)慣承受較低同步附著系數(shù)，也就是說，在好路面上，都是后輪先抱死。我們從試驗(yàn)結(jié)果知道，制動(dòng)拖印后，輪胎對地面的附著系數(shù)約下降20%。從這點(diǎn)動(dòng)身，我們都按后輪附著系數(shù)下降20%來計(jì)算。都是把后輪制動(dòng)力按0.8巾計(jì)算，對于前輪，存在三種狀況：a.前輪壓印，未抱死，附著系數(shù)全部利用，〔最強(qiáng)制動(dòng)狀態(tài)〕b.20%，。c.前制動(dòng)器較小，達(dá)不到壓印程度，這時(shí)按制動(dòng)器的最大力矩來計(jì)算。 巾=0.7巾--輪胎對地面的附著系數(shù)巾0=0.4巾0--同步附著系數(shù)②、計(jì)算步驟：①前軸轉(zhuǎn)G1d:制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷要變大，按平衡條件，列出刀X=0.刀丫=0.M=0.而靜止?fàn)顩r時(shí)：車的重心：G=G1+G2G〔L-a〕=G1L式中：T——重心處的總慣性力T1——前輪制動(dòng)力〔雙邊〕G1d——前軸轉(zhuǎn)移后負(fù)荷G2d后軸轉(zhuǎn)移后負(fù)荷G1前軸靜負(fù)荷G2——后軸靜負(fù)荷L——軸距 ahgMK〔單邊〕RT1b.軸荷轉(zhuǎn)移后的前簧垂直負(fù)荷式中：Gu1――前懸架的非簧載重量G1d――分別被三種I況計(jì)算c.前簧承受的縱扭力矩將作用在地T1M=0.5T1〔R+A1+刀h〕 式中：A1——前輪中心至彈簧底面距離刀h――前簧總厚度 引用三種工況的計(jì)算結(jié)果，就可以分別算出三種工況下的前簧縱扭力矩。U螺栓全部減掉

〔4〕前簧根部的縱扭Lr=L-S②、縱扭力矩〔當(dāng)量〕應(yīng)力。 這樣計(jì)算的結(jié)果ar很高。我們認(rèn)為取$=0.7,并設(shè)定貨物重心高于車箱地板 300mm來計(jì)算整hg,這樣所得的應(yīng)力值，如不高于材料的屈服極限as可認(rèn)為是安全的。[ar]as〔1250013000kgf/cm2〕③、前簧卷耳應(yīng)力 按所求到的前輪制動(dòng)力T1,來核算卷耳根部應(yīng)力，它由彎曲應(yīng)力和拉應(yīng)力合成， 即式中：r——耳孔半徑 a1——主片中性層至受拉面距離， W1――主片斷面系數(shù) F1――主片斷面積卷耳的許用應(yīng)力[ad]v3500kgf/cm2 必要時(shí)后簧也要進(jìn)展制開工況和最大驅(qū)開工況的卷耳強(qiáng)度校核。3、鋼板彈簧的構(gòu)造設(shè)計(jì)構(gòu)造設(shè)計(jì)的任務(wù)：由選型設(shè)計(jì)的規(guī)格尺寸及總成弧高，進(jìn)展具體的零件構(gòu)造和尺寸的設(shè)計(jì)，并計(jì)算有關(guān)的參數(shù)。構(gòu)造設(shè)計(jì)的內(nèi)容：〔1〕〔首先求出總成的曲率半徑〕〔2〕〔3〕〔一〕、各片長度確實(shí)定：〔1〕合理，使壽命可能的提高?！?〕確定長度的方法：①開放作圖法②計(jì)算法〔〕〔3〕片長的修正①主片的修正：a.假設(shè)兩端是滑板構(gòu)造〔載重車的付簧、平衡懸架后簧〕要增加足夠的滑動(dòng)長度。b.c.d.1/4a.夾子片長度增加，夾子片下一片的長度b.縮短鉚釘孔至端部的距離〔20mm〕c.〔4〕片端外形確實(shí)定： 在確定片長的同時(shí)，應(yīng)依據(jù)要求，考慮片端所承受的外形。①、端部為矩形：制造簡潔，在載重汽車上廣泛使用。但是，這種簧片因壓力集中，將引起各片應(yīng)力分布不均，因而增加了它們之間的摩擦和磨損。并有噪首，另外，也增加了自重。②、端部為梯形：與等應(yīng)力梁較為近似，在某種程度上抑制了矩形端的缺點(diǎn)，重量輕、端部接觸比較嚴(yán)峻、摩擦磨損比較小、應(yīng)力分布有所改善、噪音比矩形小。但在制造上增加了一邊剪切工序，在載重汽車上也使用得較多。③、端部軋扁成斜錐〔或加襯墊〕 ：是按等應(yīng)力梁的原則壓延其端部而得到必要的變截面外形。這樣改善了應(yīng)力分布狀況，增加了片間的彈性，削減了片間的摩擦，降低了噪音，也減輕了自重，目前在我廠已較為廣泛的承受?！捕场?〕①檢查片長的設(shè)計(jì)合理性。計(jì)算結(jié)果與應(yīng)力測定進(jìn)展比較。②為選取各單片，裝配后的預(yù)應(yīng)力aOk供給參考尺度?！?〕各片工作應(yīng)力的計(jì)算方法：①集中載荷法：假設(shè)是為了選取預(yù)應(yīng)力，承受此種方法比較適宜，因短片的根部應(yīng)力往往比較高，而用集中載荷法確定的各片 ak，短〔三〕〔1〕aOk，以到達(dá)較H。符合選型設(shè)計(jì)的要求?！?〕確定的方法：①由給定的總成自由弧高HoL確定總成曲率半徑R。②確定各單片組裝成總成后的預(yù)應(yīng)力 aok。③依據(jù)求出R。、aok確定各單片的自由弧高h(yuǎn)Ko〔四〕確定總成自由狀態(tài)的曲率半徑R。：〔1〕總成為兩端都是卷耳構(gòu)造的：總成自由弧高8o〔計(jì)入卷耳半徑〕，第一片的伸直長度L卷耳孔半徑r。方法：H?！膊挥?jì)卷耳半徑〕=8o〔計(jì)入卷耳半徑〕-r〔2〕總成兩端都是滑板構(gòu)造〔假定為整圓弧〕HLoLo=2b方法：〔〕〔3〕前端為卷