钢板弹簧的优化设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com南京林业大学学扳第14卷第1期Voi．141JOURNALOFNANJING1990年3凡F0RESTRYUNlVERSITYMarch1990钢板弹簧的优化设计陈自建石土正(机械系)捕曩本文介绍一种板弹簧优化设计的新方法。它可以减轻板弹簧的自身重量，节省材料。美t词板弹簧，优化设计由于路面不平，伐木运材牵引机及农用拖拉机都要发生极大的振动、冲击与推动。为此，通常运用特殊的弹性机件使车架与前、后桥连结起来，以缓冲安装在车挚上的总成(尤其是发动机)和机构所承受的

2、振动，冲击与推动或碰撞。这种弹性机件往往采用片式板弹簧，具有必要的弹性和允许传递推动力与扭转力，可以简化悬挂系统。片式板弹簧有半椭圆式、1／4椭圆式、悬臂式及复式等形式。一般伐木运材用牵gf机和农用拖拉机采用的橛弹簧是由6～15片长度不等的等宽条形钢板叠台而成，并用簧夹夹紧，其中最长的一片钢板称为主钢板．在其端部制有挂钩，可悬挂在车架上。设计计算板弹簧时，可近似地参照材料力学的等强度粱计算其主要参数。钢板厚度h，钢板宽度b和钢板数目=，其计算公式如下·^7半椭■式弯曲应力；i；挠度Y=41xl_。1／41#

3、lm~弯曲虚力；一～挠度Y；4×式中c为实际弹簧对于等强度粱接近程度的变化系数，～般C=1．26～1．5。E为弹性摸量。功主钢板长度，根据车架及前、后挢的结构尺寸来决定。砌一型号牵引机或农用拖拉机的收稿日期t1989-01-20。～35—维普资讯http://www.cqvip.com2为一定值。其余与主钢板叠台组成的各钢板长度为z·，z，⋯⋯，其尺寸可由以下等强匪梁的关系确定，即减轻板弹簧的自重，不仅可节省钢材、提高整机载荷Ⅱ用系数，也降低了能源消耗。为此，下面以板弹簧在理论上所需要的重量最小为目标函数，

4、进行板弹簧的优化设计。(一)设计变量x=(二)目标函数X3—1z一1minF(x)=pxix(2+∑『1)=pbh(f+∑z1)i一1i-1式中：P——钢板材料的密度。(取P=7．8g／cm。)(三)约柬素件(1)强度条件：最大弯曲应力应小于许用弯曲应力gt(x)=[w]一i一≥D(1／4椭圆式)。或g

5、g(x)=15一xa≥O一36—维普资讯http://www.cqvip.com(四)计算枢豳优化方法采用复合形法，其计算框图如下t圈1汁算程序圈Fig+iCalculatingprogram——37—-——维普资讯http://www.cqvip.com(五)计算示例巳知；作用在弹簧上的戟荷P=4900kN；板弹簧支承跨度(主钢板长度)f_1200mmj板弹簧材料为55SiMnVn}板弹簧设计剧度K=1250kN／cmj允许剐度误差[K]=0．008；板弹簧材料最大许用弯曲应力[ow]=8×19‘kN／c

6、m，紫金ⅡA电子计算机的计算结果如下：弹簧类型钢板宽度b(ram)钢板厚度h(mm)钢板片数z(片)钢板总量(kg)半椭圆式61．288．8882O．821／4椭圆式06．419．411566．99从上述计算示例可知，经优化设计，可减轻扳弹簧的自重约3左右参考文献[I]西北工业大学编，1979，机穰设计，人民教育出版社。[2]蒋立盛、方坚，1984，少片弹簧的计算及其尺寸参数的选择，汽车技术(6)I25~34。[8]刘惟倍，孟嗣宗，1986，机械最优化设计，清华大学出版社。(责任鳊辑葛丽都)THE0pTIM

7、UMDESIGNF0RLEAFSPRINGChenZijionShiTuzheng(DepaltmentofMechanicalEngineeIing)、AbstraetThispaper~nttodUceSanewmethod时optimumdesignf田leafspring．Itmayde岛leasetheweightofleafspring，ands引emuqhmateria1．KeywordsLeafspring~Optimumdesisn