钢板弹簧设计说明书

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"_、确定断面尺寸及片数 2\o"CurrentDocument"二、 确定各片钢板弹簧的长度 3\o"CurrentDocument"三、 钢板弹簧的刚度验算 5\o"CurrentDocument"四、 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算。 6钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H。 6钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 7\o"CurrentDocument"五、 钢板弹簧总成弧高的核算 9\o"CurrentDocument"六、 钢板弹簧的强度验算 10\o"CurrentDocument"二（修改）确定各片弹簧长度 11\o"CurrentDocument"三、 （修改）钢板弹簧的刚度验算 13\o"CurrentDocument"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 14\o"CurrentDocument"五、 （修改）钢板弹簧总成弧高的核算 15\o"CurrentDocument"六（修改）钢板弹簧的强度验算 16\o"CurrentDocument"七、 钢板弹簧各片应力计算 17\o"CurrentDocument"八，设计结果 18\o"CurrentDocument"九、参考文献 19\o"CurrentDocument"二、确定各片钢板弹簧的长度 20计算过程与步骤条件参数：总重Gr13100N自重Go二6950N空车轴载荷Goi二空车轴载荷Goi二4250NG02二2700N满载轴载荷Gi二满载轴载荷Gi二5750NG2=7350N非赞载质量Gb非赞载质量Gb=2010N钢板弹赞长度L二lOOO'llOOnn满载时偏颇n二1・5-1.7Hz弹性模量 E弹性模量 E二2・06X105N/mm2S=8-15%L叶片端部形状：压延一、确定断面尺寸及片数有关钢板弹赞的刚度、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费所需要的总惯性矩人。对于对称钢板弹赞：J0=[（L-^）3cct]/（48E） ⑴式中，s为U形螺栓中心距（mm）；k为考虑U形螺栓夹紧弹赞后的无效长度系数（如刚性夹紧，取20.5,挠性夹紧，取k=0）；c为钢板弹赞垂直刚度（N/mm）,c=FJfc-§为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数厲，再估计一个总片去L二1050mm去L二1050mm取k二0.5,初定6）E为材料的弹性模量。取满载偏颇取满载偏颇n=l.6HZ\2且I?w=(G2-Gu2)/2二2670N,fc=(-)=97・66mm则c=Fw/fc=27.34N/mm将其代入求得JQ=3725.5N•mm2；IVO=%(L-ks)'/(4[cr„,])二2670Nx(1050—0.5x105)〃〃n/(4xSOOMPa)=1331.66；3775s初取加=2J0/WQ= a5.59〃血,取b二9橙二50.13mm.卩0 0 1331.66 卩片宽b对汽午性能的影响：.增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹赞的扭曲应力增大。.前悬架用宽的弹赞片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，乂得增加片数，从而增加片间的摩擦弹费的总厚.推荐片宽与片厚的比值b/❻在6~10范围内选取。.推荐h在(1+0.1)悅范围左右取，取h二6mm。查表：b和h应符合国产型材规格尺寸，选取b二65mm,h二6mm。二、确定各片钢板弹簧的长度有作图法如图1•得出：且Li=L2.单位：mm

图1.各片弹赞长度应尽可能将钢板弹赞取长些，原因如下：增加钢板弹赞长度L能显著降低弹费应力，提高使用寿命降低弹赞刚度，改善汽车平顺性。在垂直刚度c给定的条件下，乂能明显增加钢板弹赞的纵向角刚度。刚板弹赞的纵向角刚度系指钢板弹赞产生单位纵向转角时，作用到钢板弹赞上的纵向力矩值。增大钢板弹赞纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹赞变形。各片弹赞长度，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5、总惯性矩人、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，孜+1=（厶一人+1）; ;笛+1=吕—。SA SA/=! ；=1式中，&为经验修正系数，0=0.90〜0.94；E为材料弹性模量；厶、/比为主片和第伙+1）片的一半长度。则当，k=l,a2=li-12=0k=2, &3=11-13=525-460=65mmk=3,34=11-】4二525-390二135mmk=4,&5二11-】5二525-325二200mmk=5,aEi-16=525-255=270mmk=6,47=11-17二525-190二335mmk=7,&8二】1-h二525-120二409mm

k二& ^9=11-I9二525-0二525mm其中:二111212kA+lkbh3 （k+1）bh3EASA;=1Z=16当21,YiY2=w?222,丫2丫3=丽23,y3—T1Yfpk=4,y4—&爲2k=5,'I■丫6-Sbh32k二6,Yg■丫7=Tbh^3k=7,y7■Ys~14bh312k=8,丫8—Yy~8bh3代入数据可得:1>；+口-仏）二18355.7A=1取—0.93因此，c=—— =62.6Nfmm>30.\35N/mm（符合）Jt=l!1!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及曲率半径计算。1・钢板弹簧总成在自由状态下的弧高施钢板弹赞各片装配后，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）,称为钢板弹赞总成在自由状态下的弧高Ho,用下式计算Hm») llj式中，£•为静挠度；九为满载弧高；纣为钢板弹赞总成用u形螺栓夹紧后引起的弧高变化，窗」3m)；S为U形螺栓中心距；L为钢板弹赞主片长度。2L*钢板弹赞总成在自由状态下的曲率半径R。=C/8//0o取f(l=20mm,则\f='GL_$)、/“+上)15>6mmHo=(fc+fa+Af)=97.66+20+15.6=133.26mm因此， R°=L2/8/7o=1034.16mm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4一7),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赞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钢板弹赞各片自由状态下的曲率半径矩形断面钢板弹赞装配前各片曲率半径由下式确定&=“巩 (4-1)[1]1+(2也)式中，尺为第i片弹赞自由状态下的曲率半径(mm)；为钢板弹费总成在自由状态下的曲率半径(mm)； 为各片弹费的预应力(N/mm2):正为材料弹性模量(N

/mm2）o在己知钢板弹赞总成自由状态下曲率半径他和各片弹赞预加应力％「的条件下，可以用式（4一1）计算出各片弹赞自由状态下的曲率半径选取各片弹赞预应力时，要求做到：装配前各片弹费片间间隙相差不大，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赞，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/mnr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费在根部处预应力所造成的弯矩之代数和等于零，即1=1或乞％叱./=!因此取各片预应力碍厂01二-01二-50Mpa03二-20Mpa05-lOMpa07=30Mpa02二-35Mpa04-OMpa06-20Mpa08=45Mpa得:R°Eh、得:R°Eh、1+（2%/?。）=1128.59mm同理：R2=1098.50mmR3=1069.97mmR4=1034・16mm同理：R2=1098.50mmR3=1069.97mmR4=1034・16mmR5=1017.17mm^6=1000.68mm R7=984.73mmRg=961.74mm如果第i如果第i片的片长为厶,则第i片弹赞的弧高为比a厶;/8尺则，H严叩8&=10502/(8xl128059)=122.1mmH2a10502/(8xl098.5)=125.5讪H.a9202//(8x1069.97)=9S.9mmH4«7802/(8x1034.16)=73.5mmHs«6502//(8x1017.17)=51.9irunH6«5102,/(8x1000.68)=32.5mmH.^3802//(8x984.73)=1&3mmHzq2402//(8x961.74)=7.5mm钢板弹簧总成弧高的核算由于钢板弹赞叶片在自由状态下的曲率半径R】是经选取预应力5后用式(4-1)计算，受其影响，装配后钢板弹赞总成的弧高与用式Ro二L2/(8H0)计算的结果会不同。因此，需要核算钢板弹赞总成的弧高。根据最小势能原理，钢板弹赞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赞的Ro为0工厶Z=1(5-1)ci0工厶Z=1(5-1)ci：式中，厶为钢板弹赞第i片长度。1050*式中，厶为钢板弹赞第i片长度。1050*10501128.59 1098.5380920 780 650 510 + + +

1069.97 1034.161017.171000.68984.73240961.74=240961.74=5.2844工厶二1050+1050+920+780+650+510+380+240二5580mm<=i因此,1s7R44一二 , 得，二1055.94mm~1034.16mm=Ro（符合）R。5580钢板弹赞总成弧高为Ha厂/8他二10502/（8x1055.94）=130.5nvn«133.26nun=H0 （符合）六、钢板弹簧的强度验算(1)紧急制动时，前钢板弹赞承受的载荷最大，在它的后半段出现的最大应力號用下式计算” 仏+以) (6_i)[1]max"(/#)%式中，G为作用在前轮上的垂直静负荷；耳为制动时前轴负荷转移系数，轿车:“=1.2〜1.4,货车：〃7；=1.4〜1.6； 人为钢板弹赞前、后段长度；0为道路附着系数，取0.8；为钢板弹赞总截面系数；c为弹赞固定点到路面的距离如下图。hp ,2 1八HrX£[-r—L_L_i伦=5m\几其中，取C二300mm，mi=l.20, 二0.8则

(符合)(符合)(2)汽车驱动时，后钢板弹赞承受的载荷最大,在它的前半段出现最大应力bm埠用下式计算4+/艸+帀(屮肌4+/艸+帀(屮肌(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：〃7；=1.1〜1.2；0为道路附着系数；b为钢板弹赞片宽；九为钢板弹赞主片厚度。其中，取m2=l.25,4)=0.8.则G』门©+(pc)Gm®7350x1.25x525(525+0.8x300) 7350x1.25x0.86=1150Mpa >lOOOMpa(T=—= = 1=6=1150Mpa >lOOOMpa(不符合)二、(修改)确定各片弹簧长度修改：重选材料规格，取h二7mm，b二70mm由作图法如图4,确定各片长度，且Li=L2.

14=525适二］旳0pJ ►14=525适二］旳0pJ ►•丫p24=3Q090E 1p25=322o5Y —cY ►JXp26：255.0尢7二18J5=457,5图4.各片弹赞长度各片弹赞长度如表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TOC\o"1-5"\h\z6ctE ⑴c=— 其中，％严（人一心）；亠；丫叶=4。SA SA/=! /=1式中，&为经验修正系数，a=0.90〜0.94；E为材料弹性模量；/「/阳为主片和第伙+1）片的一半长度。则当，k=l,^2=11-】2二0k=2, &3二11-】3二525-460二65mm^4=11X二^4=11X二525-390二135mm15=525-325二200mm】6二525-255二270mm^7=11一17二525-190二335mm^8=11-1沪525-120^7=11一17二525-190二335mm^8=11-1沪525-120二409mm^9=11-】9二525-0二525mm1_ 11_ -1212(k+1)bh3kbh3当21,Yi-迄二亦22,丫2-2丫3=乔k=3,丫3-1丫邑澎k=4,丫4-3壮-5血SA工厶f=l f=lk二5，V5-丫6~5bh3k=6,丫6-丫727bh31 r丫7-丫83k-7,"14bh3k=8,丫8-丫912"8bh3代入数据可得：厲-心）=10535.984=1取0=0.93因 此-—— =6x0.93x206000-10535.98=109.1W/mm>30.135N/mm1?薔（齐-匕）!1!（符合）!1!(修改)钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计1・钢板弹簧总成在自由状态下的弧高弘。取fa取fa=20mm,s（3厶—$）（九+£）

2Z?=15.6mmH°=(fc+fa+纣)二97.66+20+15.6=133.26mm因此， R°=C/8H°二1034.16mm钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定取各片预应力％,•,0150Mpa030150Mpa03二-20Mpa05=1OMpa0235Mpa04=OMpa06=2OMpa07=30Mpa07=30Mpa08=45MpaR上人1+(2叭)得：X希矢r】"4.06呗同理：R2=1088.82mm^5=1019.54mmR3=1064.71mm 尺4二同理：R2=1088.82mm^5=1019.54mmR6=1005.32mm R7=991.50mmRg=970.464mm计算各片弧高：H严匕RR,则，H严I3J8&=10502/(8x1128059)=123.70mmH2〜10502/(8xl098.5)=126.57〃伽H.«9202//(8x1069.97)=99.37mmH4«7802/(8x1034.16)=73.54/wwHs«6502//(8x1017.17)=51.8mmH6q5102//(8x1000.68)=32.34mmH.q3802//(8x984.73)=18.20mmH$r2402,/(8x961.74)=7.41mm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赞的Ro为凡f厶凡f厶1=1式中，厶为钢板弹赞第i片长度。代入数据得，代入数据得，£厶二1050+1050+920+780+650+510+380+240二5580mm<=1因此,.5.3003一因此,.5.3003一5580得，R。=1052.77mm〜1034.16mm=RQ(符合)钢板弹赞总成弧高为//«L2/8/?0=10502/(8x1052.77)=130.90mm«133.26mm=H0 (符合)六（修改）钢板弹簧的强度验算1•紧急制动时，前钢板弹赞承受的载荷最大，在它的后半段出现的最大应力九斑用下式计算G】加乙仏+理）（屮肌其中，取c二300mm,叭二1.20, q>=0.8=577.09Mp«<1000Mpa(525+525)严7*7。G皿(/]+%=577.09Mp«<1000Mpa(525+525)严7*7。（符合）2.汽车驱动时，后钢板弹赞承受的载荷最大，在它的前半段出现最大应力入埠用下式计算GjnJ.（/.+（pc）Gjn^cp（T= = 1 =—=—其中，取m｛二1・25 ,4>=0.&

(I+(pc)G“g(p_7350x1.25x525(525+0.8x300) 7350x1.25x0.8—-—-—= 1—-—=—二 1 bl\(525+ 525(I+(pc)G“g(p_7350x1.25x525(525+0.8x300) 7350x1.25x0.8—-—-—= 1—-—=—二 1 bl\(525+ 525产"07x70七、钢板弹簧各片应力计算由应力计算公式[2]6=783.4Mpa<lOOOMpa（符合）PiOi=(li-li+ii)Pi/(WiYi)(7-1)(7-2)(7-3)上式中，li一一片长的一半；P—一作用在各片上力的大小，即载荷;Wi一一单片截面系数；FP1時二1335N,°1Yi一一修正系数。（主片0.6'0.8,第二片0.7〜FP1時二1335N,°1其中‘1%二*二70X壬二571.7，h=h Pi=卩2,因此，取Yi二0.6。2=(12-hW(WiY1)=(525-460)X1335/(571.7X0.6)=253.0MpaP3二[1335X(525-0.5X105)-253.0X571.71/(460-0.5X105)=1193N。3二(460-390)X1193/(571.7X0.7)=208.7MpaP4=[U93X(460-0.5X105)-208.7X571.71/(390-0.5X105)=1086.9N°4=(390-325)X1086.9/(571.7X1.0)=123.6MpaP5二[1086.9X(390-0.5X105)-123.6X571.71/(325-0.5X105)=1086.9N。沪(325-255)X1086.9/(571.7X1.0)=133.1MpaPg=[1086.9X(325-0.5X105)-133.1X571.71/(42550.5X105)=1086.9N。6二(325-190)X1086.9/(571.7X1.0)=123.6MpaP7=[1086.9X(255-0.5X105)-123.6X571.71/(190-0.5X105)=1086.8No7=(1