汽车起重机前钢板弹簧设计与强度校核

《汽车起重机前钢板弹簧设计与强度校核》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、汽车起重机前钢板弹簧设计与强度校核　　引言：钢板弹簧是一种常用的弹性元件，应用于非独立悬挂的汽车悬架装置中。它传递作用在车轮与车身之间的一切力和力矩，并缓和由不平路面传给车身的冲击载荷，衰减由冲击载荷引起的振动，保证车辆正常行驶。钢板弹簧还可在悬架中兼做导向机构，从而简化悬架结构，也使得保养维修方便，制造成本降低。钢板弹簧在汽车悬架系统上有着广泛的应用前景，如何在现有基础上尽可能减少板簧质量，提高板簧的应力、刚度是设汽车设计者应该考虑的内容之一。　　一、钢板弹簧主要参数确定　　（一）前板簧强度计算　　在进行钢

2、板弹簧计算之前，应当知道下列初始条件：满载静止时汽车前轴（桥）负荷G1和板簧下部分荷重Gu1，并据此计算出单个钢板弹簧的载荷：FW1=（G1-Gu1）/4，悬架的静挠度fc和动挠度fd等。作为大型的载货车偏频取值范围为：1.5～2.2Hz；相应的静绕度取值范围为：50～110cm。动绕度与钢板弹簧的储能量Em有关系，其储能量取值为：76～116N.m/Kg。　　（二）选择断面形状4　　钢板弹簧的断面形状有矩形，T形，单面有抛物线边缘，单面有双槽等断面形式.为了提高疲劳强度，选用60Si2Mn材料即最常用的板簧

3、材料为热轧弹簧扁钢。因为矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的堆成位置上。工作时，一面受拉应力、另一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。故选择矩形断面形式。　　（三）钢板弹簧满载弧高fa确定　　满载弧高fa是指钢板弹簧装到车轴（桥）上。汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差。fa用来保证汽车具有给定的高度。当fa=0时，钢板弹簧在对称位置上工作。为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，常取fa=10～20mm。在满足强度和悬挂安装条件下这里将f

4、a=19.5mm　　（四）钢板弹簧长度L确定　　钢板弹簧长度L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。增加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车平顺性；在垂直刚度c给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。选用长些的钢板弹簧，会在汽车上布置时产生困难。原则上在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。一般推荐在L=（0.26～0.35）轴距范围内选用汽车起重机钢板弹簧的长度。依据实际情况我们取L=1390mm。　　（五）钢板断面宽度b的确定　　在这里由于整车高度和悬挂高度

5、的要求限制，钢板弹簧的片数取10，确定其宽度b。有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增大系数δ加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩J0。　　（六）钢板弹簧片厚h的选择4　　根据J0=nbh312。　　二、钢板弹簧位移、应力、验算以及模态分析　　（一）钢板弹簧位移、应力验算　　通过上面的计算，基本确定了建模所需要的参数，经过proe三维软件建立三维型并导入ansys-workbench中，对模型施加载荷以后，我们可以得到需要的位移、应力计算图。

6、通过查机械设计手册等相关资料可以知道材料60Si2Mn的基本需用应力为480MPa，我们了解到最大位移的变化量，最大、最小应力的位置，其值均未超过许用应力，因此通过验算可以得出结论。　　（二）钢板弹簧模态分析　　本文还对钢板弹簧进行了6阶模态进行了分析，根据结果，找出容易发生断裂部位，为进一步对结构设计进行动力学分析提供了依据。　　通过各阶模态振型位移图，经过分析可以知道：钢板弹簧片在中心孔处容易折断，这是因为当钢板弹簧U型螺栓的紧锢螺母松动后继续行驶，在大的垂直方向载荷作用下，钢板弹簧容易在中心孔出产生应力

7、破坏。排除方法是：首先及时检查紧锢螺母松动情况，其次不得超载，最后在不平坦的路面上应低速行驶，防止冲击载荷过大而断裂。　　三、结论4　　本文在依据传统的对钢板弹簧的设计思路上，结合本公司QY55吨汽车起重机总体设计，在预先知道QY55吨汽车起重机基本载荷分布的情况，对钢板弹簧的一些基本参数进行计算，先后确定了钢板弹簧的满载弧高、长度L、钢板断面尺寸及片数、片厚等。然后通过CAD绘制二维草图和通过Proe绘制三维模型，最后导入ANSYS-workbench中进行结构的应力、位移进行了分析，在考虑了钢板弹簧在实际

8、行车中会出现大量的过载振动，因此，又对设计的模型进行了6阶模态分析，经过一系列的计算分析后，可以知道设计结果符合强度和设计要求的，后续工作主要是围绕进一步减少板数减低成本、及对安装方式的改进使设计达到更加理想状态。4