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1、第27卷第1期重庆工商大学学报(自然科学版)2010年2月Vol.27NO.1JChongqingTechnolBusinessUniv.(NatSciEd)Feb.2010文章编号:1672-058X(2010)01-0096-04少片式钢板弹簧的设计与计算易双贵,刘先斌(重庆工商大学机械工程学院,重庆400067)摘要:结合某大客车的相关参数讨论了各片等长变断面钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算方法,完善和简化了设计计算公式;并考虑到钢板弹簧总成在装配后,因各片选取预应力不同,而导致的弧高变化,给出了少片式钢板弹簧弧高的核算方法。关键词:少片式;钢板弹簧;弧高;曲率半
2、径中图分类号:TH135文献标志码:A悬架对汽车行驶平顺性有重要影响。少片式钢板弹簧是非独立悬架常用的弹性元件,较多片簧而言,因减少片间摩擦而改善了汽车的行驶平顺性,并且可以节省材料,减轻重量,更重要的是可以降低总成高度。在保证同样寿命的前提下,重量大约比多片弹簧减少40%左右,因此得到广泛采用。1钢板弹簧的初步设计图1是根据某大客车需要而设计的少片式钢板弹簧,其初步设计尺寸和参数详见图1:2钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0钢板弹簧各片装配后,在预压缩和U形螺栓夹紧前,其主片上表面与两端(不包括卷耳孔半径)连线间的最大高度差,称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0(图2)。图1少
3、片式钢板弹簧根据设计要求可知弧高H0用下式计算:h1=13.5mm,h2=26mm,b=120mm,s=160mm,[1]H0=fa+fc+Δf,L=1750mm,L=80mm片数n=3,满载弧高1式中,fa为满载弧高,fc为静挠度,Δf为钢板弹簧总成用Ufa=15mm,静挠度fc=86.5mm形螺栓夹紧后引起的弧高变化。s(sL-s)(fa+fc)Δf=2=2L160(3×1750-160)(15+86.5)2=13.76mm2×1750所以,H0=fa+fc+Δf=15+86.5+13.75=115.25mm。收稿日期:2009-07-01;修回日期:2009-09-01.作者
4、简介:易双贵(1986-),男,重庆万州人,2005级机制专业学生,从事机械制造研究.第1期易双贵,等:少片式钢板弹簧的设计与计算97图2钢板弹簧总成在自由状态下的弧高3钢板弹簧各片在自由状态下曲率半径的确定为了便于生产,在确定总成弧高后,需要进行各片自由状态下的曲率半径计算。假设钢板弹簧在中心螺栓系紧之后,各片保持单一圆弧状态,那么第k片的全片预弯矩M0k与该片势能变化量uk有如下关系:[2]2ukMok=(1)11Lk-RkR0+ΔRkk式中:Lk=2lk,第k片全长;ΔRk=∑hi,总成曲率半径的增量;Rk第k片自由曲率半径,mm;uk第k片势能i=1变化量,EI2kAk11
5、uk=-(2)2RR0+ΔRk式中:Ak为变断面弹簧k片结构因式。23设计为直线型,则Ak=s+(Lk-s)(1-βk+0.5βk-0.1βk).将式(1)代入式(2),可得第k片预弯力矩M0k与其自由曲率半径Rk之间的关系式为:EIkAk11M0k=-(3)LkRkR0+ΔRk用式(3)计算Rk还必须先确定M0k。少片弹簧预弯矩的分配与总片数n有关,可根据平衡条件按k∑M0k=0,处理(见表1)。i=1表1预弯矩计算公式总片数主片预弯矩N·mm其他各片预弯矩N·mmn=3M01=(300-σA)W1M02=M01,M03=03W1主片均值断面系数/mm2s2说bh21β′1W1=
6、1-2β′1-,61-3l1h1β′=1-明1h22σA:总成应力/(N/mm)最后由式(1)可得:1M0kLkα=+(4)RkEIkAkR0+ΔRk98重庆工商大学学报(自然科学版)第27卷式中:α为非单一圆弧系数。式(2)到式(4)都是建立在单一圆弧假设前提下,但是经中心螺栓系紧后,各片实际存在多圆弧状况,为协调这一矛盾,减少设计偏差,故在确定Rk的式(4)中引入一个修正系数,称为非单一圆弧系数α,下面给出α的算法。nn2[3]EIkAk11由式(2)可得整副弹簧中心螺栓系紧后的总变形能:U=∑uk=∑-。k=1k=12RkR0+ΔRkndudUE11根据总变形能最小的条件,将
7、近似表示为:≈2∑IkAk-。dR0dR0R0k=1RkR0+ΔRkdU并令=0,同时将式(4)代入,便可解得:dR0n1(∑M0k)Ek=1α=1-n(5)IkAk∑k=1R0+ΔRk带入参数计算如下:h1β′1=1-=1-0.52=0.48h22s222bh21β1120×26800.383W1=1-2β1-=1-1-0.48-=5543.2mm61-3617503L2主片预弯矩:M01=(300-σA)W1=(300-388.3)×5543.2=-489464.
