钢板弹簧设计.doc

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1、4.2钢板弹簧设计4.2.1钢板弹簧的布置方案钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。纵置钢板弹簧又有对称式与不对称式之分。钢板弹簧中部在车轴(桥)上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则为对称式钢板弹簧；若不相等，则称为不对称式钢板弹簧。多数情况下汽车采用对称式钢板弹簧。由于整车布置上的原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又要改变轴距或者通过变化轴距达到改善轴荷分配的目的时，采用不对称式钢板

2、弹簧。4.2.2钢板弹簧主要参数的确定在进行钢板弹簧计算之前，应当知道下列初始条件：满载静止时汽车前、后轴(桥)负荷、和簧下部分荷重、，并据此计算出单个钢板弹簧的载荷：和，悬架的静挠度和动挠度，汽车的轴距等。1.满载弧高满载弧高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(图4—3)。用来保证汽车具有给定的高度。当＝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＝10～20mm。2.钢板弹簧长度L的确定钢板弹簧长度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

3、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。钢板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形；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。推荐在下列范围内选用钢板弹簧的长度：轿车：L＝(0.40～0.55)轴距；货车前悬架：L＝(0.26～0.35)轴距，后悬架：L＝(0.35～0.45)轴距。图4—3钢板弹簧总成在自由状态下的弧高3.钢板断面尺寸及片数的确定(

4、1)钢板断面宽度b的确定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。对于对称钢板弹簧(4—5)式中，s为U形螺栓中心距(mm)；是为考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数(如刚性夹紧，取，挠性夹紧，取)；c为钢板弹簧垂直刚度(N／mm)，；为挠度增大系数(先确定与主片等长的重叠片数，再估计一个总片数，求得，然后用初定)；E为材料的弹性模量。钢板弹簧总截面系数用下式计算≥(4—6)式中，为许用弯曲应力。对于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面经喷丸处理后，推荐在下列范

5、围内选取：前弹簧和平衡悬架弹簧为350～450N／；后主簧为450～550N／；后副簧为220～250N／。将式(4—6)代人下式计算钢板弹簧平均厚度(5—7)有了以后，再选钢板弹簧的片宽b。增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。前悬架用宽的弹簧片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，又得增加片数，从而增加片间的摩擦和弹簧的总厚。推荐片宽与片厚的比值在6～10范围内选取。(2)钢板弹簧片厚h的选择矩形断面等厚钢板弹簧的总惯性矩用下式计算(5—8)式中，n为钢板弹簧片数。由式(4—8)可知，改变片数n、片宽b和片厚h三者之一，都影响到总惯性

6、矩的变化；再结合式(4—5)可知，总惯性矩的改变又会影响到钢板弹簧垂直刚度c的变化，也就是影响汽车的平顺性变化。其中，片厚丸的变化对钢板弹簧总惯性矩了。影响最大。增加片厚九，可以减少片数n。钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况，希望尽可能采用前者。但因为主片工作条件恶劣，为了加强主片及卷耳，也常将主片加厚，其余各片厚度稍薄。此时，要求一副钢板弹簧的厚度不宜超过三组。为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度之比应小于1.5。最后，钢板断面尺寸b和h应符合国产型材规格尺寸。图4—4叶片断面形状a)矩形断面b)T形断面c)单面有抛物线边缘断面d)单面有双槽的断面(3)钢板断面形

7、状矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的对称位置上(图4—4a)。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。因材料抗拉性能低于抗压性能，所以在受拉应力作用的一面首先产生疲劳断犁。除矩形断面以外的其它断面形状的叶片(图4—4b、c、d)，其中性轴均上移，使受拉应力作用的一面的拉应力绝对值减小，而受压应力作用的一面的压应力绝对值增大，从而改善了应力在断面上的分布状况，提高了钢板弹簧的疲劳强度和节约近10％的材料。(4)钢板弹簧片数n片数n少些有利于制造和装配，并