钢板弹簧设计说明书

-PAGE1设计专用纸PAGEPagePAGE1 目录一、确定断面尺寸及片数 2二、确定各片钢板弹簧的长度 4三、钢板弹簧的刚度验算 5四、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算。 71.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 72.钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 8五、钢板弹簧总成弧高的核算 10六、钢板弹簧的强度验算 11二、（修改）确定各片弹簧长度 12三、（修改）钢板弹簧的刚度验算 14四、（修改）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 15五、（修改）钢板弹簧总成弧高的核算 17六（修改）钢板弹簧的强度验算 18七、钢板弹簧各片应力计算 18八，设计结果 20九、参考文献 21十、附总成图 21计算过程与步骤条件参数：总重Ga=13100N自重G空车轴载荷G01=4250NG满载轴载荷G1=5750NG非簧载质量Ga=690NG钢板弹簧长度L=1000~1100nn满载时偏颇n=1.5-1.7Hz弹性模量E=2.06×105N/叶片端部形状：压延一、确定断面尺寸及片数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δ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：[1]式中，s为U形螺栓中心距（mm）；k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k=0.5，挠性夹紧，取k=0）；c为钢板弹簧垂直刚度（N/mm），；δ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δ）E为材料的弹性模量。，其中，，取，则，去L=1050mm取k=0.5，取满载偏颇n=1.6HZ且FW=(G2-G则=27.34N/mm将其代入求得；=；初取，取b=9=50.13mm.片宽b对汽车性能的影响：1）.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。2）.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弹簧的总厚3）.推荐片宽与片厚的比值b/在6~10范围内选取。4）.推荐h在（1+0.1）hp查表：b和h应符合国产型材规格尺寸，选取b=65mm，h=6mm。二、确定各片钢板弹簧的长度有作图法如图1.得出：且L1=单位：mm图1.各片弹簧长度应尽可能将钢板弹簧取长些,原因如下：1,增加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力，提高使用寿命降低弹簧刚度，改善汽车平顺性。2,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。3,刚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。4,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。各片弹簧长度,如表1.表1：单位：mm序列号单边L/2取整圆整双边L15255255251050252552552510503457.24584609204389.23903907805322.93233256506254.62552555107187.51881903808120.0120120240三、钢板弹簧的刚度验算在此之前，有关挠度增大系数、总惯性矩、片长和叶片端部形状等的确定都不够准确，所以有必要验算刚度。用共同曲率法计算刚度的前提是，假定同一截面上各片曲率变化值相同，各片所承受的弯矩正比于其惯性矩，同时该截面上各片的弯矩和等于外力所引起的弯矩。刚度验算公式为[1]其中，；；。式中，为经验修正系数，＝0.90～0.94；E为材料弹性模量；、为主片和第()片的一半长度。则当,k=1，a2=lk=2，a3=lk=3，a4=l1k=4，a5=l1k=5，a6=l1k=6，a7=lk=7,a8=lk=8,a9=l其中：-==12kbh3-当k=1，Y1-Yk=2，Yk=3，Y3-k=4，Y4-k=5，Y5-k=6，Y6-k=7，Y7-k=8，Y8-代入数据可得：=18355.7取=0.93因此，（符合）四、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算。1.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高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（图2），称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高，用下式计算[1]式中，为静挠度；为满载弧高；为钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的弧高变化，；s为U形螺栓中心距；L为钢板弹簧主片长度。钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径。取=20mm，则15.6mm=97.66+20+15.6=133.26mm因此，=1034.16mm2.钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同(图4—7)，装配后各片产生预应力，其值确定了自由状态下的曲率半径各片自由状态下做成不同曲率半径的目的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧，减少主片工作应力，使各片寿命接近。图2钢板弹簧各片自由状态下的曲率半径矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率半径由下式确定(4-1)[1]式中，为第i片弹簧自由状态下的曲率半径(mm)；为钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径(mm)；为各片弹簧的预应力(N／)；正为材料弹性模量(N／)。在已知钢板弹簧总成自由状态下曲率半径和各片弹簧预加应力的条件下，可以用式(4—1)计算出各片弹簧自由状态下的曲率半径。选取各片弹簧预应力时，要求做到：装配前各片弹簧片间间隙相差不大，且装配后各片能很好贴和；为保证主片及与其相邻的长片有足够的使用寿命，应适当降低主片及与其相邻的长片的应力。为此，选取各片预应力时，可分为下列两种情况：对于片厚相同的钢板弹簧，各片预应力值不宜选取过大。推荐主片在根部的工作应力与预应力叠加后的合成应力在300～350N／内选取。1～4片长片叠加负的预应力，短片叠加正的预应力。预应力从长片到短片由负值逐渐递增至正值。在确定各片预应力时，理论上应满足各片弹簧在根部处预应力所造成的弯矩之代数和等于零，即[1]或因此取各片预应力，01=-50Mpa0203=-20Mpa0405=10Mpa07=30Mpa得：=1128.59mm同理：R2=1098.50mmR3=1069.97mmR5=1017.17mmR6=1000.68mmR8如果第i片的片长为，则第i片弹簧的弧高为[1]则，五、钢板弹簧总成弧高的核算由于钢板弹簧叶片在自由状态下的曲率半径Ri是经选取预应力σi后用式(4－1)计算，受其影响，装配后钢板弹簧总成的弧高与用式根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小状态，由此可求得等厚叶片弹簧的R0（5-1）[1]式中，为钢板弹簧第i片长度。其中，=+++++++=1050+1050+920+780+650+510+380+240=5580mm因此，=，得，=1055.94mm≈1034.16mm=（符合）钢板弹簧总成弧高为==H0（符合）六、钢板弹簧的强度验算(1)紧急制动时，前钢板弹簧承受的载荷最大，在它的后半段出现的最大应力用下式计算（6-1）[1]式中，为作用在前轮上的垂直静负荷；为制动时前轴负荷转移系数，轿车：＝1.2～1.4，货车：＝1.4～1.6；、为钢板弹簧前、后段长度；为道路附着系数，取0.8；为钢板弹簧总截面系数；c为弹簧固定点到路面的距离如下图。其中，取c=300mm，m1‘=1.20，则=<1000Mpa(符合)(2)汽车驱动时，后钢板弹簧承受的载荷最大，在它的前半段出现最大应力用下式计算（6-2）[1]式中，G2为作用在后轮上的垂直静负荷；m；为驱动时后轴负荷转移系数，轿车：＝1.25～1.30，货车：＝1.1～1.2；为道路附着系数；b为钢板弹簧片宽；为钢板弹簧主片厚度。其中，取m2‘=1.25，则==1150Mpa>1000Mpa（不符合）问题：钢板弹簧的强度验算时，最大应力超标。二、（修改）确定各片弹簧长度修改：重选材料规格，取h=7mm，b=70mm由作图法如图4，确定各片长度，且L1=图4.各片弹簧长度各片弹簧长度如表2表2.序列号单边L/2取整圆整双边L15255255251050252552552510503457.54584609204390.03903907805322.53233256506255.02552555107187.51881903808120.0120120240三、（修改）钢板弹簧的刚度验算由更改后的参数得[1]其中，；；。式中，为经验修正系数，＝0.90～0.94；E为材料弹性模量；、为主片和第()片的一半长度。则当,k=1，a2=lk=2，a3=lk=3，a4=lk=4，a5=lk=5，a6=lk=6，a7=lk=7,a8=lk=8,a9=l由-==12kbh3-当k=1，Y1-Yk=2，Yk=3，Y3-k=4，Y4-k=5，Y5-k=6，Y6-k=7，Y7-k=8，Y8-代入数据可得：=10535.98取=0.93因此，（符合）四、（修改）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算1.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高。取=20mm，则15.6mm=97.66+20+15.6=133.26mm因此，=1034.16mm2.钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定取各片预应力，01=-50Mpa0203=-20Mpa0405=10Mpa07=30Mpa代入得：=1114.06mm同理：R2=1088.82mmR3=1064.71mmR5=1019.54mmR6=1005.32mmR7R8=970.463.计算各片弧高：则，五、（修改）钢板弹簧总成弧高的核算根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小状态，由此可求得等厚叶片弹簧的R0式中，为钢板弹簧第i片长度。代入数据得，=5.3003=1050+1050+920+780+650+510+380+240=5580mm因此，=，得，=1052.77mm≈1034.16mm=（符合）钢板弹簧总成弧高为==H0（符合）六（修改）钢板弹簧的强度验算1.紧急制动时，前钢板弹簧承受的载荷最大，在它的后半段出现的最大应力用下式计算其中，取c=300mm，m1‘=1.20，则=<1000Mpa(符合)2.汽车驱动时，后钢板弹簧承受的载荷最大，在它的前半段出现最大应力用下式计算其中，取m2‘=1.25，则==783.4Mpa<1000Mpa（符合）七、钢板弹簧各片应力计算由应力计算公式[2]Piliσi上式中，li——片长的一半P——作用在各片上力的大小，即载荷；Wi——γi——其中，Wi=bh2l因此，取γσ2=l2-P3=[1335(525-0.5105)-253.0571.7]/(460-0.5105)=1193Nσ3=（460-390）1193/（571.70.7）=208.7MpaP4=[1193(460-0.5105)-208.7571.7]/(390-0.5105)=1086.9Nσ4=（390-325）1086.9/（571.71.0）=123.6MpaP5=[1086.9(390-0.5105)-123.6571.7]/(325-0.5105)=1086.9Nσ5=（325-255）1086.9/（571.71.0）=133.1MpaP6=[1086.9(325-0.5105)-133.1571.7]/(42550.5105)=1086.9Nσ6=（325-190）1086.9/（571.71.0）=123.6MpaP7=[1086.9(255-0.5105)-123.6571.7]/(190-0.5105)=1086.8Nσ7=（190-120）1086.8/（571.71.0）=133.1MpaP8=[1086.8(190-0.5105)-133.1571.7]/(120-0.5105)=1086.6Nσ8=（120-0）1086.6/（571.71.0）=228.1Mpa八，设计结果表3参数钢板序号长度（mm）宽度（mm）厚度（mm）预应力（MPa）自由曲率（mm）自由弧高（mm）总成曲率（mm）总成弧高（mm）载荷P(N)应力（Mpa）1号1050707-501114.06123.701052.77123.51335253.02号1050-351088.82126.57123.51335253.03号920-201064.7199.37991193208.74号78001034.1673.5477.31086.9123.65号650101019.5451.8