44螺旋弹簧悬架设计

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1、4.4螺旋弹簧悬架设计螺旋弹簧作为弹性元件，凼于其结构简单、制造方便及有高的比能容量，因此在现代轻型以卜*汽车的悬架中应用相当啓遍，特别是在轿车中，由于耍求以好的乘坐舒适性和悬架导叫机构在人摆动朵下仍具有保持车轮定位角的能力，因此螺旋弹簧悬架早就取代了钢板弹簧。螺旋弹簧在悬架布置屮可在弹簧内部安装减振器、行程限位器或导向柱使结构紧凑。通过采用变甘距的或用变直径弹簧俐丝绕制的或两者M吋采用的弹簧结构，可以实现变刚度特性。1.螺旋弹簧的刚度及应力计算螺旋弹簧在艽轴向载荷P作用下的变形/为賦iGd4(4—26)式屮——弹簧中径，nun;d——弹簧钢丝直径，mm

2、；i——弹簧工作圈数；G——弹簧材料的剪切弹性模量，取8.3x104MPa。因此弹簧刚度_P_Gd4(4-27)弹簧在灰缩时其工作方式与扭杆类似，都是靠材料的剪切变形吸收能:M:,弹簧钢丝表面的剪应力为SPCK7id2Mpa(4-28)式屮C——弹簧指数(旋绕比)，C=Dm!d'K——曲度系数，为考虑簧圈曲率对强度影响的系数，尺’二+(4-4C-4C29)对于前而讨论的直的扭朴，其表而的剪应力ii均匀分布，而螺旋弹簧钢丝表而的剪应力则相对杂。在静载状态下，这种截面内的应力分布不均匀可以忽略不计，但在承受动载时,由干弹簧内侧应力水平较高并且应力变化幅值也更

3、大，导致螺旋弹簧的失效总是发生在内侧。为了在设计吋考虑内侧应力的增大，引入修:n•:系数尺'。一般情况下，弹簧钢的许用剪应力［d与许用拉应力成比例关系，通常情况下，可以取［r］=o.63Ho2.弹簧端部形状螺旋弹簧端部可以碾细、丼紧，直角切断或昀内弯曲，典型结构如图4-15所示。W中⑻为两端碾细，亦即在绕制弹簧之前先将钢丝两端碾细，碾细部分长度在绕后约占240°，末端厚度为钢丝直径的1/3左右，绕成后末端儿T贴紧相邻一圈弹簧。必要吋，两端都要磨平。这种结构的优点是节约材料，占用乘句空M小，特别是由于两端都平整，安装时可以任意转动，因而设计时弹簧的圈数可以

4、取任意值，不必限于整数。K缺点是碾细需要专门工序和设备，增加了制造成木。（b）为直允切断型，W屮一端丼紧形成与弹簧轴线垂直的平囬。这种结构的优点在于绕制简单，成本低，其缺点是增大了垂•向尺十和材料渭耗，安装时需要一定方叫并R需与之相配套的弹簧座，若两端都未整平，则修改设计时，弹簧阁数必须按整数增减。（c）为端部h'd内弯曲井形成与弹簧轴线＜百的平而，这种结构常用于和弹簧座配合起定位作用，若两端都内弯，则需要专川设备。阁4-15螺旋弹簧的端部结构表4-1列出了不同端部结构时弹簧总阐数与奋效圈数/以及弹簧完全丼紧吋的尚度//,间的失系，其中公式中的系数1.0

5、1为考虑螺旋角的补偿系数，Z为端部碾细时的末端厚度。表4一1螺旋弹簧不端部结构时的总圈数n及并紧高度打，总圈数n完伞并紧时的高度两端碾细i+21.0W("-l)+2r两端切断z+1.331.01J(z2+l)两端内弯/+1.501.0l6?(n-1.25)一端碾细-•端切断f+1.67l.Ok/n+Z一端碾细一端内弯/+1.751.0W(n-l)+r一端切断•一端内弯/+1.42.Oldn3.螺旋弹簧的设计计算螺旋弹簧的设计计算分以卜几步：(1)根据总布置要求及悬架的具体结构型式求出需要的弹簧刚度Cs.，设汁载荷时弹的受力€，及弹簧高度悬架在压缩行程极限

6、位置吋弹簧高度(2)初步选择弹簧中径D。，端部结构型式及所用的材料。(3)参考相关标准确定台架试验吋伸张及压缩极限位S相对于设计载荷位背的弹簧变形S/;，/2,并确定要想达到的寿命久(循环次数)。(4)初选钢丝直径d,并甶相关材料标准查出许用拉应力。(5)由式(4一27)解出/,用表4—1屮的相应公式求出H、.。(6)由H、.，及C、.可求岀弹簧在完全压紧吋的载荷P、,，台架试验伸张、压缩极限位S对应的载荷f,P2,以及工作压缩极限位®的载份分别为P，P，C人H'HJ(4-30)P'=P「Csf'(4-31)P2=+Cxf2(4—32)pm=Pi+Cs(

7、Hi-HJ(4-33)(7)按弹簧指数C=%IdiK'的表达式(见式(4—29)下的说明)求得尺’，运川式(4一28)求出载荷尺，P2,Pv以及所对应的剪切应力r2,以及rmax(计算fli的r5〉rmax,{H.rmax是忌架工仵:时弹•簧实际刈•应的最大剪应力，对应悬:架的极限压缩状态)。⑻校核rmax是否小于若不成立，则返回第(4)步重新选择钢丝直径山若余景很人，则视第(9)沙寿命校核结果决定是否重新选取较小些的茛径d。(9)校核台架试验条件下的寿命。给定试验条件下的循环次数n,nj*按下式佔算:1(4-35)(1.808^n(、=0.74(r2-

8、r,)1.48[cr]-(r2+r,)若算Hi的久小于预期的台架寿命，则返回第(