板簧设计教材(2023年02)

仅供个人参考仅供个人参考不得用于商业用途不得用于商业用途汽车钢板弹簧设计第一节悬架的定义、功能及其组成〔车身〔车轮〕弹性的连接起来，其主要任务是传递作用在与车架和车轮之间的一切力和力承载系统的振动，保证汽车的正常行驶。悬架通常由弹性元件、导向机构及减振装置组成。弹性元件主要有：钢特点，因此目前在世界各国仍都在大量的承受钢板弹簧。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse其次节．钢板弹簧的种类一、按力学性能特点分：分为等刚度、两极刚度复式钢板弹簧、渐变刚度钢板弹簧。二、按截面外形分：分为等截面板簧和变截面板簧第三节．钢板弹簧的截面外形目前国内钢板弹簧的截面外形有：a矩形截面b单面双槽截面c带凸肋的截面拉应力。此种材料也存在缺点槽内简洁储存泥沙加剧外表腐蚀。轧制后在沟槽的对应拉面上，外表质量较差，双槽的比单槽的更严峻。这种外表缺陷成为疲乏起源点。第四节．钢板弹簧的主要元件构造一、第一片卷耳形式3〔柏林耳。上卷耳使用的比较多，承受下卷耳主要是为了协调钢板弹簧与转向系的运动，车多承受平卷耳或下卷耳。二、其次片包耳片作成包耳形式以保护主片。轻型车与箱式客车多承受1/4包耳，而大型载3/4包耳或装配式包耳。三、钢板弹簧的中心螺栓簧片厚＜77~99~1111~1313~16中心螺栓直径簧片厚＜77~99~1111~1313~16中心螺栓直径810121416四、板簧夹箍其它片，削减主片应力。五、板簧衬套60号钢，金属衬套要有良好的润滑，否则磨损加剧甚至烧结。使用后往往伴有弹簧销的磨损，以至两种零件都要更换。有些军用车承受螺纹构造衬套，即用螺栓式的弹簧销和螺孔式的衬套相配，这种构造能传递侧向力，使卷耳不必与支架接触，消退这局部的磨损，而且可以在侧面承受密封装置保证良好的润滑状态，避开泥水渗入。使用聚甲醛或尼龙衬套。只在小型客车和小型载重汽车上使用。第五节．板簧对汽车行驶平顺性影响较好的行驶平顺性，不仅能保证驾乘人员的舒适和保证运载货物的稳定，的工作牢靠性。完整性的影响来确定。通常用表征振动的物理量，如频率，振幅，加速度及加速度变化率等做为行驶平顺性的评价指标。目前常用汽车车身的振动固有频率和振动加速度两个主要指标评价汽车时身体上下运动的频率，平顺性较好，约为60～85次/分〔1H~1.6H〕振动Z Z加速度的极限允许值为〔0.3～0.4〕g。1g时，则在车箱内未固定的货就会离开车箱，因此振动加速度不应超出〔0.6～0.7〕g。高于前悬架的振动频率。第六节．钢板弹簧设计〔最好能承受标准所规定的常用材料规格〕,并计算出有关参数指标。钢板弹簧设计者供给以下几方面的数据作为其设计依据。轴荷整车总布置设计师依据整车的自重、承载力量及各轴的载荷分布状况供给轴荷。非簧载重量在整车布置时依据各有关总成的实际重量或估算重量来计算。车轮、车轿总成的全部重量均算为非簧载重量传动轴、纵拉杆、推力杆等总成的一半算为非簧载重量。〔主片在上方之三的重量算为非簧载重量，假设其装配方式是倒置的〔主片在下方四分之一算为非簧载重量。〔轴荷—非簧载重量/2＝钢板弹簧的静载荷轴距轴距涉及到板簧长度确实定，有时会影响到板簧力学性能的设计，会消灭无法满足总布置设计要求，因而这时就需要由板簧设计者同总布置共同协商解决。4、重心高度在汽车的总布置设计时往往只给出了空载时重心高度，所以还要依据钢板弹簧的长度和宽度的掌握范围对具体车型的设计，结合轴荷和车型布置〔前悬、转向机位置，左右弹簧的中心距，前轮的最大转角，车架外宽等限定肯定的长度和宽度范围。所以从系列化动身，应以尽量少的弹簧长度和宽度来满足各车型的需要，才有利于很多附件的通用化。车架上平面至车轮中心的距离依据整车布置的满载时前、后轴位置上车架离地高度，按轮胎静力半径算出车架上平面至车轮中心的距离。再结合车架和车轴、车轿的外形，做为钢板弹簧布置的根本空间。重量指标在满足性能和寿命要求的前提下，力争使钢板弹簧的自重不大于设计任务书给定的指标。计算非簧载重量时，也可参照此值进展估算。二．钢板弹簧各根本参数和规格确实定不计入轮胎弹性，而且不考虑减振器的阻尼影响。刚度确实定〔1〕依据给定车轮的平顺性要求，初步确定期望的自振频率或其范围，按下式计算出期望的满载静挠度，再从的负荷算出期望的刚度。300 Q 48EINf=〔 〕2Nmm

C=fm

C= 0δL3式中：N 满载自振频率m————f 满载静挠度〔单位cm〕m———Q——满载负荷C——夹紧刚度δ——外形系数48EI3按公式C= δL0 计算的刚度是板簧或许刚度值当板簧的片数和尺寸确3获得，计算格式如下表：检验刚度的计算mmmmmmmmmm4mm41/mm41/mm4mm31/mmKg/mm1650761063336333.31.579265007610633312666.70.7890.7890.000.003570807610633319000.00.5260.26351.2013.4744851657610633325333.30.3950.132449.2159.1153972537610633331666.70.3160.0791619.43127.8563223287610633338000.00.2630.0533528.76185.7272523987610633344333.30.2260.0386304.48237.0181824687610633350666.70.1970.02810250.32289.016500.19727462.505420.236332.41 17.31L/2AK+1L1-Lk+1B HIkB*HL/2AK+1L1-Lk+1B HIkB*H3/12￡IYkI0J0k10000/￡IkYk-Yk+1Ak+13*0.0001I0*J0￡CL＝L＝1300mm L＝1140mm L＝970mm L＝794mm1 2 3 4 5L＝644mm L＝504mm L＝364mm6 7 8C=0.87x6x21000/6332.41=17.31Kg/mm0.870.83~0.87之间。一般片多与片厚取下限，片少与片薄取上限。车按如下推举值选取：重汽推举值轿车：n＝60～90c/min轻型客车：n＝70～100c/min载货类汽车：n＝80～170c/min城市客车：n≯111c/min长途客车：n≯99c/min矿用汽车或越野汽车：n＝100～130c/min，在满足强度条件时，也可以85～125c/min。二汽产品设计处N1＝100～110 后悬架N2＝110～120满载时前后频率的比值N1/N2＝0.85～1.02、材料规格与片数确实定总部置给定的材料宽度与初定的板簧作用长度与无效长度确定板簧的片厚与片数。048EIC= δL303 1 33 δ＝ [-2η+η3 〔1-η 〕Iη＝I10

-lη〕]nI

—端部惯性距10

bh3oI=12 .noE：材料弹性模量〔2.1x104Kgf/mm2〕〔对于单面双槽的材料I=0.067nbh3/12〕oL、s确定后，CI打算，依据I选定由上式我们可以看o oIh3hI从而削减叶片的数量。o oHBh4.5＜BH

＜10之间为宜。如性能和构造上1.56～143、比应力的计算度、以及各片的断面参数带如公式可求出比应力：σ σ δ 0 δL2W0比应力建议选取以下范围：一般载重汽车前、后簧：450~550kgf/cm2/cm越野车平衡悬架弹簧：650~800kgf/cm2/cm载重车后悬架副簧：750~850kgf/cm2/cm性矩尽量少变化，即刚度无明显变化。最终修改值再重算一次刚度。4、各片长度确实定正确的选择各片长度的目的，是尽可能使应力在片间和片长的分布合理，画法是从U〔下侧边〕到主片端点〔上侧边〕连始终线，此一片连线作图。依据美国SAE1：1.3，或更小。5、总成弧高确实定依据悬架布置的要求〔车架至轮心的距离、车架轮廓、车轴尺寸、弹簧总厚度、限位块尺寸、支架尺寸和位置以及最大动行程等，以及对导向特性的HpH= S〔3L-S〕O 〔

+1〕H1式中：H总成自由弧高S：U形螺栓夹紧距O：L：伸直长度 H ：夹紧后总成无载弧高1三、钢板弹簧装车后各参数的校核经过上面的计算钢板弹簧的根本规格〔长度、规格、厚度、片数〕和根本参数〔刚度、比应力、自由弧高〕就确定了，可依据确定的根本参数来校核装车后的状况。1、系统的自振频率自振频率是打算平顺性的根本指标。按的弹簧负荷和选定的夹紧刚f=P/CN=300/f。一般要计算满载与空载两种状况。2、静应力静应力和比应力是影响弹簧使用寿命的根本缘由。按已确定的比应力，即可计算出对应的某静挠度的静应力σ=σf，主要计算满载时的静应力。对于55SiMnVB60Si2Mn等材料外表经喷丸处理后推举的静应力应在以下范围内：

=3500~4500kgf/cm2mσσ

=4500~5500kgf/cm2m=2023~2500kgf/cm2m

=3500~4500kgf/cm2m

=3000~4000kgf/cm2m趋势。3、极限应力fd指的是实际可能到达的动行程，只有在某些状况下才是“铁碰铁”的动行程。极限应力的许用值为：

ax≤9000~10000kgf/cm2mσσax= 〔fm+fd〕σσm极限动行程的大小和汽车的使用条件以及所选定的满载静挠度fm有关fmfd=dfmd的取值范围：城市用车辆d=2~2.5大路用车辆d=2.5~3.5越野车辆 d＞3.5

ax= 〔fm+d 〕fmσmfmσ可见越松软的弹簧fm越大静强度。4、装车弧高的核算度钢板弹簧有影响，当弹簧未经实质试制之前只能参考类似产品。ff＝0，这样可a a在使用中会产生肯定程度的塑性变形，因而就需要对f 赐予肯定的补偿，有a时为了保证车架肯定的高度而又不使动挠度值过小，也需确定一适当的f 值a补偿，通常取f＝11～31mma是打算平顺性的根本指标。静应力和比应力是影响弹簧使用寿命的根本缘由。就应修改规格尺寸重进展核算。6、前簧在最强制动时的卷耳强度校核设计所供给的前轮最大制动力T1来核算卷耳根部应力。当钢板弹簧卷耳传递б是由弯曲应力和拉〔压〕应力合成的。r+a 1σ =0.5T1〔 1 + 〕d w F1式中：r卷耳孔半径Ia 主片中性层至受拉面距离a= 11 1 W1W主片对受拉面的断面系数1F1主片断面积推举卷耳许应力不大于3500kgf/cm2，试验与使用结果说明这个许应力值是适宜的。四、两极刚度复式钢板弹簧的计算强度的前提下，尽量使在各种载荷下悬架频率变化小。1、主、副簧刚度的计算一般承受比例中项法，假设弹簧满载时频率与副簧和支架刚接触时的频率相等，而空载时频率与副簧和支架接触后的频率相等。依据此假设主副簧的计算如下假设：N=N

N =N2m 1Qm〔K1Qm〔K1〕+〔K2〕λ〔K2〕λ〔K1〕=Q= QQK n

1 λ=QmQo—Qo式中：N——空载时悬架频率。次/minoN——满载时悬架频率。次/minmN——副簧与支架接触前的频率。次/min1N——副簧与支架接触后的频率。次/min2Q——空载时弹簧载荷。NoQ——满载时弹簧载荷。NmQ——副簧与支架接触时弹簧上载荷。NK〔K〕——主簧夹紧刚度。N/mm1〔K〕——副簧夹紧刚度。N/mm22、主副簧载荷安排与应力计算(Q－Q)〔K〕

+ m k 1 1 k

〕+〔K〕1 2Q=Qm–Q2 1式中：QN1QN2主副簧的工作应力与比应力计算同一般多片弹簧。3、主副弹簧满载弧高与副簧支架距离确实定主副簧弧高与副簧支架位置应符合下面关系式D-D=H-H2 1 1 2式中：H——主簧满载弧高1H——副簧满载弧高2D——主副簧支架距离1D——主簧第一片和副簧第一片距离2主副簧第一片之间的距离D2

一般由构造布置打算。主簧满载弧高一般为10~20，当H、D、D

值确定后，由公式可求出副簧满载弧高值H2五、渐变刚度钢板弹簧计算

1 1 2副簧与主簧完全接触后，板簧特性又变为线性。如以下图A完全接触。曲率是一样的。级的限制负荷与高度，又要规定其次级的限制负荷与高度。副簧片长的选择：主簧片长度由总布置确定,在材料规格与片数确定的前提下来确定副簧的长度,例::2L=1200(主簧伸直长度) 距离)1-5片(主簧)12*70 6-7(副簧)15*70解:Im=70*12*12*12*5/12=50400(主簧总惯性距)In=70*15*15*15/12=19687.5(一片副簧的惯性距)In S S2(Im*(L-2)+2)=2(19687.5=2(50400

*(600-40)+40)=502In*2 S S第六片长度=2(Im *(L-2)+2)=2(19687.5*2=2(50400

*(600-40)+40)=9551、主副簧接触过程中载荷的计算当主副簧刚开头接触时的作用在板簧上载荷P1

应满足下面公式 1 m 〔PL〕 1 m = —〔EI〕 R RmLIRR

m a——主副簧刚开头接触时的载荷之半1——主簧长度之半m——主簧总惯性距m——主簧曲率半径m——副簧曲率半径a当主副簧刚完全接触时的作用在板簧上载荷P2

应满足下面公式P 11P2 —1-ξ1

——主副簧完全接触时的载荷之半2ξ——副簧与主簧的长度比当主副簧在任意位置接触时的作用在板簧上载荷PPλ 1 1EI =R —Rm m aPLP式中：λ——主副簧接触长度λ=1 mPP——作用在板簧上的负荷之半2、渐变刚性钢板弹簧变形计算P≥P1为2Pδ=Km式中：δ——板簧变形Km——主簧刚度0〔0≤P≤P〕板簧变形22P 1-ξ Pl2δ=K2m

. 1-aξ

2m3EI 1m

3ξ2 = [

φ〔3ξ

+〔ξA--ξ+ξA-〔A-〕01 2φ〔1-η 〕3 001AL〔1- 〕]AnP1P2η0——副簧主片数与总片数之比。A= 1+φ0φ〔1-η 〕0当载荷增大到主副簧完全接触时板簧变形〔δ1〕2P Pl1δ =K2 1

2m3EI 1m m簧与主簧完全接触后板簧变形当主副簧完全接触后，两者视为一个整体板簧的刚度为线型变形为2〔P-P〕1δ=δ 1

2Km+a式中：K ——板簧复合刚度m+aδ1——主副簧完全接触变形3、渐变刚度钢板弹簧应力计算当P≤P时此时仅主簧起作用，板簧中心螺栓处的应力为：1σ=PLσ=2mm Wm式中：W——主簧断面系数m此时副簧的应力为0。当P＞P1PLh

〔P-P〕lhσ =1 m m

x 1 m mm

2〔I-I〕m m