為微型汽車設(shè)計(jì)后鋼板彈簧懸架

1、第二題：為 110 微型汽車設(shè)計(jì)后鋼板彈簧懸架一、確定鋼板彈簧葉片斷面尺寸、片數(shù)有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩Jo O對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧式中，s為U形螺栓中心距(mm) ； k為考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)(剛性?shī)A 緊：取k 0.5，撓性?shī)A緊：取k 0); c為鋼板彈簧垂直剛度(N/mm)，c Fw / fc; 為 撓度增大系數(shù)(先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)ni，再估計(jì)一個(gè)總片數(shù)no，求得n J n。，然后用1.5/1.04(1 0.5 )初定)；E為材料的彈性模量(MPa

2、)。 I取值計(jì)算：題目已知騎馬螺栓中心距s 70mm取剛性?shī)A緊時(shí)的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)k 0.5題目已知滿載時(shí)偏頻n (1.51.7)Hz，取n 1.6Hz，根據(jù)公式n 5/一氣，可得靜撓度f(wàn)c (5)2 ( 5 )2 97.66mm; 后 鋼 板 彈 簧 載 荷n 1.6Fw (G02 Gu)/2(7350 690) / 23330N； 故后鋼板彈簧垂直剛度c Fw/fc 3330/97.6634.1N / mm確定與主片等長(zhǎng)重疊片數(shù)n1 1，估計(jì)總片數(shù)n° 10(多片鋼板彈簧一般片數(shù)在614片1 5之間選取)，則n 1/ n0 1/10，撓度增大系數(shù) 1.5 /1.04 (1 1/ 20

3、)1.092取彈性模量E 2.1 105N / mm2題目已知鋼板彈簧長(zhǎng)度L (1000 1100) mm，取L 1050mm帶入可求得：J04859.15N mm2鋼板彈簧總截面系數(shù)：W Fw(L ks)/(4 w)式中，w為許用彎曲應(yīng)力。對(duì)于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面經(jīng)噴丸處理后， 推薦w選取范圍：后主簧450550MPa，取w 500MPa ，可求得鋼板彈簧平均厚度hp2J0/W0(2 4859.15) /1689.985.75mm ;推薦片寬與片厚的比值b/hp在610 范圍選取取 b 8hp 8 5.75 46mm故片厚h (1 0.1)hp 1.1 5.756.3

4、25mm，取 h 6mm,按規(guī)格取 h b 6 63綜上可得：片寬b 63mm，片厚h 6mm，片數(shù)n0 10mm二、確定鋼板彈簧各片長(zhǎng)度（按1/ 5比例作圖）作圖步驟：1、 先將各片厚度hi的立方值h3 63 18按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上；2、 再沿橫坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)度的一半L/2 1050/2 525mm和U形螺栓中心距的一半s/2 70/2 35mm，得到代B兩點(diǎn)；3、因存在與主片等長(zhǎng)的重疊片，就從 B點(diǎn)到最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn) C連一直線，此 直線與各片的上側(cè)邊交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。圖1各片彈簧長(zhǎng)度各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定。表1各片彈簧實(shí)際長(zhǎng)度（單位mm）序列號(hào)單邊L/2取整

5、圓整雙邊L15255255251050252552552510503470.564714759504416.114174208405361.673623657306307.223083106207252.782532555108198.331992004009143.891441452901089.449090180三、計(jì)算鋼板彈簧總成剛度在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù)、慣性矩J。、片長(zhǎng)等的確定都不夠準(zhǔn)確，所以有必要驗(yàn)算剛度。用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時(shí)該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。剛度驗(yàn)算公式為y k/ k 1其

6、中aki (li lki)Y< 1 JiYki 1 Ji/ i 1/ i 1式中，為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，0.900.94，取 0.92彈性模量E 2.1 105N / mm2l1,lk 1為主片和第k 1片的一半長(zhǎng)度當(dāng) k 1,a2 I1 I2525 5250n3帶入數(shù)據(jù)可得：ak 1 (Yk Yk 1) 4169.61k 1故 c (6 0.92 2.1 105)/4168.61278.08 N / mm四、計(jì)算鋼板彈簧各片應(yīng)力(1)鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和 U形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端(不包括卷耳孔半徑)連線間的最大高度差，稱為鋼板彈簧總成在自由狀

7、態(tài)下的弧高H。，用下式計(jì)算式中，fc為靜撓度；fa為滿載弧高；£ f為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變 化，fs(3L s)(2fa fc) ； s為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。2L2鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 R。 L2/(8H。)取值計(jì)算：考慮到鋼板彈簧塑性變形的影響和為了在車架高度已限定時(shí)能得到足夠的動(dòng)撓度值，常取 fa 10 20mm，取 fa 15mm故” f Q 9(fJ 70 (3 1050 70) 2(15 97.66)11.02mm2L22 10502(2)鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同

8、(如圖2)，裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 R。各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是： 使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少主片工作應(yīng)力，使各片壽命接近。圖2鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下的曲率半徑矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定式中，R為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）; Ro為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm） ； Oi為各片彈簧預(yù)應(yīng)力（Mpa） ;E為材料彈性模量（Mpa），取E 2.1 105Mpa ； h為第i片的彈簧厚度（mm）。在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑 Ro和各片彈簧預(yù)應(yīng)力oi條件下，可以用上式計(jì)算各片彈簧自由狀態(tài)

9、下曲率半徑 R。選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)，要求做到：裝配前各片彈 簧片間的間隙相差不大，且裝配后各片能很好地貼合；為保證主片及與其相鄰的長(zhǎng)片有足 夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力。為此，選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為下列兩種情況：對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過(guò)大；對(duì)于片厚不相同的鋼板彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力可取大些。推薦主片在根 部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力在 300 350Mpa內(nèi)選取。1 4片長(zhǎng)片疊加負(fù)的預(yù) 應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸增至正值。在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩M i之代數(shù)和等于零，即n或O

10、iW oi 1如果第i片的片長(zhǎng)為L(zhǎng)i片，則第i片彈簧的弧高為取值計(jì)算：各片預(yù)應(yīng)力:0155Mpa02 40Mpa得：R1Ro/1 (2 0尺)/®)1234.34mm同理：R21199.10mmR31155.13mmR41114.27 mm則：H1 L12/(8R1)10502/(8 1234.34)111.65mm（3）鋼板彈簧總成弧高的核算由于鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力oi后用式 計(jì)算，受其 影響，裝配后鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下的弧高與用 Ro L2/（8H。）計(jì)算的結(jié)果會(huì)不同。因此, 需要核算鋼板彈簧總成的弧高。根據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)，由此可 求得等厚葉片的Ro為式中，L為鋼板彈簧第i片的長(zhǎng)度其中,(Li/R)i 1105010501234.341199.109508407301155.131114.271094.906201076.205104002901058.131040.651023.741801015.495.8722