鋼板彈簧設(shè)計(jì)說明書

-PAGE1設(shè)計(jì)專用紙PAGEPagePAGE1 目錄一、確定斷面尺寸及片數(shù) 2二、確定各片鋼板彈簧的長(zhǎng)度 4三、鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算 5四、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算。 71.鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 72.鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 8五、鋼板彈簧總成弧高的核算 10六、鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算 11二、（修改）確定各片彈簧長(zhǎng)度 12三、（修改）鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算 14四、（修改）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 15五、（修改）鋼板彈簧總成弧高的核算 17六（修改）鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算 18七、鋼板彈簧各片應(yīng)力計(jì)算 18八，設(shè)計(jì)結(jié)果 20九、參考文獻(xiàn) 21十、附總成圖 21計(jì)算過程與步驟條件參數(shù)：總重Ga=13100N自重G空車軸載荷G01=4250NG滿載軸載荷G1=5750NG非簧載質(zhì)量Ga=690NG鋼板彈簧長(zhǎng)度L=1000~1100nn滿載時(shí)偏頗n=1.5-1.7Hz彈性模量E=2.06×105N/葉片端部形狀：壓延一、確定斷面尺寸及片數(shù)有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)δ加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧：[1]式中，s為U形螺栓中心距（mm）；k為考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)（如剛性?shī)A緊，取k=0.5，撓性?shī)A緊，取k=0）；c為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm），；δ為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)，再估計(jì)一個(gè)總片數(shù),求得，然后用初定δ）E為材料的彈性模量。，其中，，取，則，去L=1050mm取k=0.5，取滿載偏頗n=1.6HZ且FW=(G2-G則=27.34N/mm將其代入求得；=；初取，取b=9=50.13mm.片寬b對(duì)汽車性能的影響：1）.增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。2）.前懸架用寬的彈簧片，會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦彈簧的總厚3）.推薦片寬與片厚的比值b/在6~10范圍內(nèi)選取。4）.推薦h在（1+0.1）hp查表：b和h應(yīng)符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸，選取b=65mm，h=6mm。二、確定各片鋼板彈簧的長(zhǎng)度有作圖法如圖1.得出：且L1=單位：mm圖1.各片彈簧長(zhǎng)度應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些,原因如下：1,增加鋼板彈簧長(zhǎng)度L能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命降低彈簧剛度，改善汽車平順性。2,在垂直剛度c給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。3,剛板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時(shí)，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。4,增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形。各片彈簧長(zhǎng)度,如表1.表1：?jiǎn)挝唬簃m序列號(hào)單邊L/2取整圓整雙邊L15255255251050252552552510503457.24584609204389.23903907805322.93233256506254.62552555107187.51881903808120.0120120240三、鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù)、總慣性矩、片長(zhǎng)和葉片端部形狀等的確定都不夠準(zhǔn)確，所以有必要驗(yàn)算剛度。用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時(shí)該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。剛度驗(yàn)算公式為[1]其中，；；。式中，為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，＝0.90～0.94；E為材料彈性模量；、為主片和第()片的一半長(zhǎng)度。則當(dāng),k=1，a2=lk=2，a3=lk=3，a4=l1k=4，a5=l1k=5，a6=l1k=6，a7=lk=7,a8=lk=8,a9=l其中：-==12kbh3-當(dāng)k=1，Y1-Yk=2，Yk=3，Y3-k=4，Y4-k=5，Y5-k=6，Y6-k=7，Y7-k=8，Y8-代入數(shù)據(jù)可得：=18355.7取=0.93因此，（符合）四、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算。1.鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和U形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端(不包括卷耳孔半徑)連線間的最大高度差（圖2），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高，用下式計(jì)算[1]式中，為靜撓度；為滿載弧高；為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化，；s為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑。取=20mm，則15.6mm=97.66+20+15.6=133.26mm因此，=1034.16mm2.鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同(圖4—7)，裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是：使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少主片工作應(yīng)力，使各片壽命接近。圖2鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下的曲率半徑矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定(4-1)[1]式中，為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm)；為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm)；為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力(N／)；正為材料彈性模量(N／)。在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑和各片彈簧預(yù)加應(yīng)力的條件下，可以用式(4—1)計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑。選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)，要求做到：裝配前各片彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各片能很好貼和；為保證主片及與其相鄰的長(zhǎng)片有足夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力。為此，選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為下列兩種情況：對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過大。推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力在300～350N／內(nèi)選取。1～4片長(zhǎng)片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩之代數(shù)和等于零，即[1]或因此取各片預(yù)應(yīng)力，01=-50Mpa0203=-20Mpa0405=10Mpa07=30Mpa得：=1128.59mm同理：R2=1098.50mmR3=1069.97mmR5=1017.17mmR6=1000.68mmR8如果第i片的片長(zhǎng)為，則第i片彈簧的弧高為[1]則，五、鋼板彈簧總成弧高的核算由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力σi后用式(4－1)計(jì)算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式根據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的R0（5-1）[1]式中，為鋼板彈簧第i片長(zhǎng)度。其中，=+++++++=1050+1050+920+780+650+510+380+240=5580mm因此，=，得，=1055.94mm≈1034.16mm=（符合）鋼板彈簧總成弧高為==H0（符合）六、鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算(1)緊急制動(dòng)時(shí)，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力用下式計(jì)算（6-1）[1]式中，為作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷；為制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：＝1.2～1.4，貨車：＝1.4～1.6；、為鋼板彈簧前、后段長(zhǎng)度；為道路附著系數(shù)，取0.8；為鋼板彈簧總截面系數(shù)；c為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離如下圖。其中，取c=300mm，m1‘=1.20，則=<1000Mpa(符合)(2)汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力用下式計(jì)算（6-2）[1]式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷；m；為驅(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：＝1.25～1.30，貨車：＝1.1～1.2；為道路附著系數(shù)；b為鋼板彈簧片寬；為鋼板彈簧主片厚度。其中，取m2‘=1.25，則==1150Mpa>1000Mpa（不符合）問題：鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，最大應(yīng)力超標(biāo)。二、（修改）確定各片彈簧長(zhǎng)度修改：重選材料規(guī)格，取h=7mm，b=70mm由作圖法如圖4，確定各片長(zhǎng)度，且L1=圖4.各片彈簧長(zhǎng)度各片彈簧長(zhǎng)度如表2表2.序列號(hào)單邊L/2取整圓整雙邊L15255255251050252552552510503457.54584609204390.03903907805322.53233256506255.02552555107187.51881903808120.0120120240三、（修改）鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算由更改后的參數(shù)得[1]其中，；；。式中，為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，＝0.90～0.94；E為材料彈性模量；、為主片和第()片的一半長(zhǎng)度。則當(dāng),k=1，a2=lk=2，a3=lk=3，a4=lk=4，a5=lk=5，a6=lk=6，a7=lk=7,a8=lk=8,a9=l由-==12kbh3-當(dāng)k=1，Y1-Yk=2，Yk=3，Y3-k=4，Y4-k=5，Y5-k=6，Y6-k=7，Y7-k=8，Y8-代入數(shù)據(jù)可得：=10535.98取=0.93因此，（符合）四、（修改）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算1.鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高。取=20mm，則15.6mm=97.66+20+15.6=133.26mm因此，=1034.16mm2.鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定取各片預(yù)應(yīng)力，01=-50Mpa0203=-20Mpa0405=10Mpa07=30Mpa代入得：=1114.06mm同理：R2=1088.82mmR3=1064.71mmR5=1019.54mmR6=1005.32mmR7R8=970.463.計(jì)算各片弧高：則，五、（修改）鋼板彈簧總成弧高的核算根據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的R0式中，為鋼板彈簧第i片長(zhǎng)度。代入數(shù)據(jù)得，=5.3003=1050+1050+920+780+650+510+380+240=5580mm因此，=，得，=1052.77mm≈1034.16mm=（符合）鋼板彈簧總成弧高為==H0（符合）六（修改）鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算1.緊急制動(dòng)時(shí)，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力用下式計(jì)算其中，取c=300mm，m1‘=1.20，則=<1000Mpa(符合)2.汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力用下式計(jì)算其中，取m2‘=1.25，則==783.4Mpa<1000Mpa（符合）七、鋼板彈簧各片應(yīng)力計(jì)算由應(yīng)力計(jì)算公式[2]Piliσi上式中，li——片長(zhǎng)的一半P——作用在各片上力的大小，即載荷；Wi——γi——其中，Wi=bh2l因此，取γσ2=l2-P3=[1335(525-0.5105)-253.0571.7]/(460-0.5105)=1193Nσ3=（460-390）1193/（571.70.7）=208.7MpaP4=[1193(460-0.5105)-208.7571.7]/(390-0.5105)=1086.9Nσ4=（390-325）1086.9/（571.71.0）=123.6MpaP5=[1086.9(390-0.5105)-123.6571.7]/(325-0.5105)=1086.9Nσ5=（325-255）1086.9/（571.71.0）=133.1MpaP6=[1086.9(325-0.5105)-133.1571.7]/(42550.5105)=1086.9Nσ6=（325-190）1086.9/（571.71.0）=123.6MpaP7=[1086.9(255-0.5105)-123.6571.7]/(190-0.5105)=1086.8Nσ7=（190-120）1086.8/（571.71.0）=133.1MpaP8=[1086.8(190-0.5105)-133.1571.7]/(120-0.5105)=1086.6Nσ8=（120-0）1086.6/（571.71.0）=228.1Mpa八，設(shè)計(jì)結(jié)果表3參數(shù)鋼板序號(hào)長(zhǎng)度（mm）寬度（mm）厚度（mm）預(yù)應(yīng)力（MPa）自由曲率（mm）自由弧高（mm）總成曲率（mm）總成弧高（mm）載荷P(N)應(yīng)力（Mpa）1號(hào)1050707-501114.06123.701052.77123.51335253.02號(hào)1050-351088.82126.57123.51335253.03號(hào)920-201064.7199.37991193208.74號(hào)78001034.1673.5477.31086.9123.65號(hào)650101019.5451.8