畢業(yè)論文范文1陳彬

1、務(wù)慶機(jī)電無也枚求多眈china southchonc oing electromechanical vocational institute畢業(yè)論文學(xué)生姓名：陳樓學(xué) 號：1260720122131系 別：車輛工程系專 業(yè)：汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文題目： 懸架的類型與作用指導(dǎo)教師：趙玉霞專業(yè)技術(shù)職務(wù)：china southchonc oinc electromechanical vocational institute畢業(yè)論文任務(wù)書學(xué)生姓名：陳彬?qū)W號:1260720122131年級：2009 級專業(yè)：汽車制造與裝配技術(shù)班級：二班系部：車輛工程系畢業(yè)論文 題目：關(guān)于汽車零部件企業(yè)發(fā)展中的問題探討

2、完成日期：2011年10月28日實踐地點：指導(dǎo)教師：趙玉霞系部負(fù)責(zé)人：李仕生發(fā)任務(wù)書日期：2011年7月 5日畢業(yè)論文任務(wù)書內(nèi)容摘要懸架是保證車輪或乍橋與汽車承載系統(tǒng)（車架或承載式車身）之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載 荷、緩和沖擊、衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。懸架最主要的功能 是傳遞作用在車輪和車架（或車身）zi'可的一切力和力矩，并緩和汽車駛過不平路面時所產(chǎn)生 的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽車的行駛平順性。保證示輪在路面不平 和載荷變化時冇理想的運動特性，保證汽車的操作穩(wěn)定性，使汽車獲得

3、高速行駛能力。為此 必須在車輪與車架或車身之間捉供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身 之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接示，汽車可以 看作是由懸掛質(zhì)雖（即簧載質(zhì)量）、非懸掛質(zhì)量（即非簧載質(zhì)屋）和彈簧（彈性元件）組成的振 動系統(tǒng)，承受來口不平路面、空氣動力及傳動系、發(fā)動機(jī)的激勵。為了迅速衰減不必耍的振 動，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動時的運動軌跡 和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾屮心及縱傾屮心的位置，從而在很大程度上影響 了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。舒適性是轎車最匝

4、要的使用性能舒適性與車身的固冇振動特性冇關(guān)，而車身的固 有振動特性又與懸架的特性相關(guān)。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。并且隨著 研究的進(jìn)一步深入，發(fā)現(xiàn)懸架的性能還影響著整乍的很多性能，包括行駛平順性，行駛車速, 燃油經(jīng)濟(jì)性，操縱性能等。隨著人們的觀念轉(zhuǎn)變，汽車是作為一種載人的工具，人們不僅重 視它的舒適性，而且越來越重視它的操控性，并享受它帶來的樂趣。本設(shè)計的主要難題：就是在保證轎車的舒適性的同時也確保操控性的優(yōu)化，在設(shè)計懸架 的過程屮會遇到舒適性與操控性z間要求的矛盾c如何處理兩者的矛盾也就成了本課題的難 點。在設(shè)計的時候保證舒適性不降低的情況下，提高操控性。關(guān)鍵字：懸架；舒適性；

5、操控性；螺旋彈簧目錄摘要11緒論11.1引言11.2與本文有關(guān)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趙勢 21.2.1鋼板彈簧的可靠性研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢21.2.2有限元研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 41.3木文設(shè)計研究的意義與主要設(shè)計內(nèi)容 41.3.1本文設(shè)計研究的意義41.3.2本文設(shè)計的主要內(nèi)容與技術(shù)路線52有限元法在汽車鋼板彈簧設(shè)計中的應(yīng)用分析52.1有限元法相關(guān)原理介紹52.1.1力學(xué)模型52.1.2最小余度原理 62.1.3鋼板彈費廣義變分原理 72.1.4障礙問題的數(shù)值解法82.2汽車鋼板彈簧的有限元計算設(shè)計82.2.1建立鋼板彈簧設(shè)計模型82.2.2通過調(diào)試完成的ansys有限元軟件設(shè)計懸架鋼板彈簧113基于

6、有限元法的汽車鋼板彈簧的可靠性分析 ii3.1可靠性分析基礎(chǔ) 113.2基于有限元法設(shè)計的汽車鋼板彈簧的可靠性分 124結(jié)論與展望14參考文獻(xiàn)14汽車鋼板彈簧懸架設(shè)計(1)、鋼板彈簧種類汽車鋼板彈簧除了起彈性元件作用z外，述兼起導(dǎo)向作用，而多片彈簧片間磨擦 還起系統(tǒng)阻尼作用。由于鋼板彈簧結(jié)構(gòu)簡單，使用維修、保養(yǎng)方便，長期以來鋼板彈 簧在汽車上得到廣泛應(yīng)用。0前汽車使用的鋼板彈簧常見的冇以下幾種o 通多片鋼板彈簧，如圖所示，這種彈簧主要用在載貨汽車和大型客車上， 彈簧彈性特性如圖2e所不，呈線性特性。<0)變形<c)變形圖1圖2 少片變截而鋼板彈簧，如圖lb所不，為減少彈簧質(zhì)量，彈簧

7、厚度沿長度方向 制成等厚，其彈性特性如一般多片鋼板彈簧一樣呈線性特性圖2認(rèn) 這種彈簧主要用于 輕型貨車及人、中型載貨汽車前懸架。 兩級變剛度復(fù)式鋼板彈簧，如圖lc所示，這種彈簧主要用于大、屮型載貨汽 車后懸架。彈性特性如圖2-b所示，為兩級變剛度特性，開始時僅主簧起作用，當(dāng)載 荷增加到某值時副簧與主簧共同起作用,彈性特性由兩條直線組成。 漸變剛度鋼板彈簧，如圖ld所示，這種彈簧多用丁輕型載貨汽車與廂式客車 后懸架。副簧放在主簧之下，副簧隨汽車載荷變化逐漸起作用，彈簧特性呈非線性特 性，如圖2c所示。多片鋼板彈簧鋼板彈簧計算實質(zhì)上是在己知彈簧負(fù)荷情況下，根據(jù)汽車對懸架性能（頻率）要 求，確定彈簧

8、剛度，求出彈簧長度、片寬、片厚、片數(shù)。并要求彈簧尺寸規(guī)格滿足彈 簧的強度耍求。1）彈簧負(fù)荷通常新車設(shè)計吋，根據(jù)整車布置給定的空、滿載軸載質(zhì)量減去估算的非簧載質(zhì)量, 得到在每副彈簧上的承載質(zhì)量。一般將前、后軸，車輪，制動鼓及轉(zhuǎn)向節(jié)、傳動軸、 轉(zhuǎn)向縱拉桿等總成視為非簧載質(zhì)量。如果鋼板彈簧布置在車橋上方，彈簧3/4的質(zhì)量 為非簧載質(zhì)量，卜置彈簧，1/4彈簧質(zhì)量為非簧載質(zhì)量。2）彈簧伸直長度根據(jù)不同車型要求，由總布置給出彈簧伸直長度的控制尺寸。在布置可能的情況 下，盡量增加彈簧長度，這主要是考慮以下兒個方面原因。 由于彈簧剛度與彈簧長度的三次方成反比，因此從改善汽車平順性角度看，希 望彈簧長度長些好。

9、 在彈簧剛度相同情況下，長的彈簧在車輪上下跳動時，彈簧兩卷耳孔距離變化 相對較小，對前懸架來說，主銷后傾角變化小，有利于汽車行駛穩(wěn)定性。 增加彈簧長度可以降低彈簧工作應(yīng)力和應(yīng)力幅，從而提高彈簧使用壽命。 增加彈簧長度可以選用簧片厚的彈簧，從而減少彈簧片數(shù)，并且簧片厚的彈簧 對提高主片卷耳強度有利。3）懸架靜撓度汽車簧載質(zhì)量與其質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)固有頻率是評價汽車行駛平順性的重要參 數(shù)。懸架設(shè)計時根據(jù)汽車平順性要求，應(yīng)給出汽車空、滿載時前、后懸架頻率范圍。 如果知道頻率，就可以求出懸架靜撓度值心。選取懸架靜撓度值時，希望后懸架靜撓 度值心2小于詢懸架靜撓度值屯，并且兩值最好接近，一般推薦：戈2

10、= (0.7 0.9)5小(3.1)為防止汽車在不平路面行駛時經(jīng)常撞擊緩沖塊，懸架設(shè)計時必須給出足夠的動撓 度值 o懸架動撓度值與汽車使用情況和靜撓度值戈有關(guān)，一般推薦:“販（3.2）城市公用車輛g = 22.5 ,公路用車輛q = 2.53.5,越野車輛a >3.5。4）彈簧滿載弧高由于車身高度、懸架動行程及鋼板彈簧導(dǎo)向特性等都與汽車滿載弧高有關(guān)，因此 彈簧滿載弧高值心應(yīng)根據(jù)整車和懸架性能要求給出適當(dāng)值，一般取 = 10 30mm。 冇的乍輛為得到良好的操縱穩(wěn)定性，滿載弧高取負(fù)值。3.2鋼板彈簧剛度和應(yīng)力關(guān)丁鋼板彈簧剛度和應(yīng)力計算，基于不同的假設(shè)計算方法而異。在彈簧計算中有 兩種典型的

11、而又截然相反的假設(shè)，即共同曲率法和集中載荷法。實際鋼板彈簧往往不 完全符合這兩利暇設(shè)|啲任一種，因此有些學(xué)者提出折衷方法，同吋兼用上述的兩種 假設(shè)，這利計算分析方法有一定的實用性。這里僅對多年來一直采用的上述兩種假設(shè) 計算方法進(jìn)行討論。3.1.1共同曲率法共同曲率法是假設(shè)鋼板彈簧在任何負(fù)荷下，彈贊各片彼此沿整個長度無間隙接觸, 在同一截面上各簧片具有共同的曲率半徑。如果將多片彈簧各片展開，將展成一個平 面，組成一個新的單片彈簧（圖3.1、圖3.2）0這個變寬度的單片彈簧力學(xué)特性和用共 同曲率法假定的多片鋼板彈簧是一樣的，這樣就可以用單片彈簧計算方法來計算多片 鋼板彈簧。單片彈簧計算按其幾何形狀

12、不同可以冇兩種計算方法。一種是梯形單片彈簧（圖 3.1）,另一種是按多片彈簧各片氏度展開成的階梯形單片彈簧（圖3.5）。321.1梯形單片彈簧計算梯形單片彈簧變形和應(yīng)力，可以利用材料力學(xué)求小撓度梁方法計算。1）梯形單片彈簧變形q去l11»ol圖31圖3.1所示的梯形單片彈簧可以看成是一個由幾個相同的片寬方和厚度力的簧 片組成，如果彈簧伸直長度為2/ ,彈簧中部作用的負(fù)荷為2”，計算彈簧變形時， 可以近似的認(rèn)為用整個長度2/計算出的值與長度是/端部作用負(fù)荷是的板簧變形 是相同的，這樣，整個的梯形單片彈簧的計算可以用一端固定，另一端受力的梯形懸 臂梁來代替。下而用單位載荷法（莫爾定理）計

13、算板簧在負(fù)荷作用點的變形/ ：（3.3）elx ”式中：距端點x處的力矩，mp=p-xm.：單位力距端點兀處的力矩，m,ix:梯形單片彈簧距端點x處的慣性炬/嚴(yán)答=/。（1一0）+ 0扌（3.4）bx：梯形單片彈簧距端點兀處的寬度/0：梯形單片彈簧在根部的慣性矩nbh3/o=lt/?：鋼板彈簧形狀系數(shù)nb：梯形單片彈簧各片寬度h:梯形單片彈簧齊片厚度/：梯形單片彈簧主片伸直長度之半,l = li2n：總片數(shù)n'：等長的主片數(shù)e：材料拉伸彈性模數(shù)，取e = 2.1xl04kf/mm2(3.3)式積分后，經(jīng)整理：(3.5)(36)p13 s = -k.3磯式中:w撓度增大系數(shù)。梯形單片簧的

14、變形可以看成厚度是,寬度是必的拒形板贅變形乘以撓度增人系 數(shù)心。需要說明一點的是，上面計算公式只適用于等厚多片彈簧，對于各片厚度或慣性矩不等的多片彈簧，應(yīng)按等效慣性矩方法來確定各片的展開寬度，再按上式計算。圖3.2是鋼板彈簧形狀系數(shù)0與撓度壇人系數(shù)心關(guān)系曲線。如呆鋼板彈簧形狀系數(shù)0 = 1時，由(3.6)式，撓度增大系數(shù)心=1.5,此時彈簧變形由(3.5)式得：(3.7)、p138 = mm2ei。該式為三角形等截面梁在力p作用下的變形表達(dá)式(圖3.3 )。圖3. 3 x角形鋼板彈簧當(dāng)0 = 0吋，撓度增大系數(shù)人值為:首先把(3.6)式中l(wèi)n(l-0)項展開成0的幕級數(shù)，求0 = 0時的極限。

15、lim-丄+ (丄i)。"+ ©- + ©-) = 1"0200"23當(dāng)0 = 0時，心=1,由(3.5)式，彈簧變形8 = 3ei。mm(3.8)該式是矩形板簧在力p作用下的變形表達(dá)式(圖3.4)。圖3.4矩形鋼板彈贊梯形單片板簧的形狀系數(shù)0 v 0 < 1。為計算方便，有的文獻(xiàn)推薦用卜-式計算撓度增大系數(shù)。(3.9)1.4423表3.1是用(3.6)式和(3.9)式計算出的板簧撓度増人系數(shù)人，心。表3.1n'/n1/31/41/51/61/71/81/9v10vll1/121/131/14k1.2361.2831.3421.3

16、381.35613701.38213911.3991.4061.4121.4171.2361.28213111.33113461.3571.366137313801.3851.3891.393n'/n2/32/42/52/62/72/82/92/102/112/122/132/14k】1.0971.159120312361.2621283130013151327133813481.356k21.0811.154120212361.2621282129813111322133113391.3462）梯形單片彈簧剛度彈簧剛度k：2p _ 48e/0kgf / m m(30)由于彈簧變形和負(fù)

17、荷p之間是線性關(guān)系（圖5直線1）,故彈簧剛度是一常數(shù)。3）鋼板彈簧應(yīng)力梯形單片彈簧在根部（或中心螺栓處）應(yīng)力ql4w°kf / mm2(3.11)彈簧比應(yīng)力（單位變形應(yīng)力）-_ 12e/0a312£z0k2i?wgkgf /mm2 /mm(3.12)式屮： wo：梯形單片彈簧在根部的斷面系數(shù)mm'hh26按（3.11）, （3.12）式，計算出應(yīng)力和比應(yīng)力是平均應(yīng)力和平均比應(yīng)力，它不能反 映各片的確實受力情況。對于片厚不等的彈簧，用下面方法計算各片彈簧應(yīng)力。根據(jù)共同曲率假設(shè)，任意負(fù)荷吋同-截面上各片曲率半徑相等條件，彈簧各片所 承受的彎矩應(yīng)止比于其慣性矩。由力矩平衡

18、可求出作用在各片彈簧上的力矩。m 里生kgf mm（3.13）4/0式屮m k 用在第k簧片上的力矩，kgf mm第k片彈簧慣性矩，加加4/（）t單簧各片慣性矩z和，加加""n hh 3k=1k=1 1 也hk 第k片彈簧片厚,mm第k片彈簧在根部的應(yīng)力j和比應(yīng)力%為:kgf / mm22kgf / mm' / mm(3.14)(3.15)式中 叭第k片彈簧斷面系數(shù)，加r321.2階梯形單片彈簧1）階梯形單片彈簧變形圖3. 5階梯形單片彈簧變形計算和梯形單片彈簧一樣，不同之處是這種彈簧的斷面慣性 矩沿長度變化不能用一個連續(xù)函數(shù)表示，因此為了求得梁的變形，只能采用分段

19、積分 求出。用單位載荷法求負(fù)荷p作用點處彈簧變形（圖3.6）。圖36”嚴(yán)空£） e“業(yè)婦+f業(yè)dx打-人）e上式經(jīng)整理后得:mm(3.16)式中:°k+1 = a k+l/.：階梯形單片彈簧主片長度z半，/嚴(yán)l/2； /k+1:階梯形單片彈簧第k +1片長度之半;ix:階梯形單片彈簧距端點x處的慣性矩;滄：第1片至第k片彈簧慣性矩之和的倒數(shù)1 / min41=1a ：階梯形單片彈簧第i片慣性矩.加,4i i = mm' 12入:階梯形單片彈簧第i片厚度,mmb：階梯形單片彈簧各片寬度，呦r.+l：第1片至第k + i片彈簧慣性矩之和的倒數(shù)1 / mmay “k +

20、1 - k+1/=1用上式計算時,由于/fl+1 = o (總片數(shù))，故陥#,而rw+1=0o2) 階梯形單片彈簧剛度彈簧剛度k= =歹 kgf/mm (3.17)乞qkyk - yk+1)k=l式中：§ t單簧剛度修正系數(shù)，取g = 0.90.95。利用(3.17)式計算出的彈簧剛度值，要比實際測得的岡0度要大，這主要是由于 計算小認(rèn)為彈簧片端部承受了彎矩，這一假設(shè)與實際情況不符。由于實際彈簧的側(cè)邊 軋制成圓角，彈簧斷面慣性矩比理論值小，因此用(3.17)式計算彈簧剛度時，弓i用 了一個剛度修正系數(shù)一般彈簧片數(shù)多時取歹值下限，片數(shù)少時取上限。3) 階梯形單片彈簧應(yīng)力階梯形單片彈簧應(yīng)

21、力與比應(yīng)力計算可按(3.11), (3.12)或(3.14), (3.15)式計 算。3.2.2集中載荷法與共同曲率法假設(shè)相反，集中載荷法是假設(shè)各彈贊片在片端接觸，因此彈簧片間 力的傳遞僅在彈簧片端進(jìn)行，這對于彈簧片之間有鑲塊或襯片的鋼板彈簧是比較合適 的。圖(3.7)是按這一假設(shè)建立的鋼板彈簧示意圖，彈簧片一端固定，另一片通過滾 柱與上一片彈簧接觸。1）彈簧片端負(fù)荷假設(shè)主片卷耳處負(fù)荷為p,其它各片在端點處產(chǎn)生的力為xk，根據(jù)兩相鄰簧片在接觸點處變形相等原理，可求出作用在各片端部負(fù)荷。在推導(dǎo)彈簧各片片端負(fù)荷z前，將有關(guān)的梁變形基木公式列入表3.2中?，F(xiàn)在討論第k片彈簧端點s的變形。由于第人片在

22、s點變形等于第0片彈簧在端點處變形，如果彈簧各片端部壓延（表3.2）,那么可以得到下而等式：xz 屮： 嘰 x； 盡譏+心-1腫 x陽亠 xk+羔+仏-也）eik_ 26' 3eikt3e1k3eik2eik計算第k片彈簧端點s的變形吋，僅是第k片彈簧的壓延或倒角與變形有關(guān)。表3.2屮的彈簧片端部形狀系數(shù)的計算，是假設(shè)端部壓延長度或端部切角長度等丁相鄰兩彈簧長度差，顯然當(dāng)簧片端部為矩形時，=（）。表3.2單片彈簧變形基本公式單片彈簧彈簧在a點變形端部是矩形簧片端部是三角形簧片端部倒角簧片zbz5用i呦-厶)“ 3ei 2eit加1 =12bl l2p£+4q'

23、76;a3ei. 11_, j2j3l£3 311"丙一訂廠)2眄0)1bldn端部壓延簧片 11 -pa之".!?jra£3e1rj = - -l ln(l-/?)-l /020#2、加1 =12上式經(jīng)整理后得：30.5 務(wù)(3 導(dǎo) i) -1 +各+0.5(導(dǎo)弘亠駆2 =01 k-ik1 k-l kik“k+1(3.18)k = 2,3,4f,而x| =p對最后一片彈簧，令k=77, |値”+嚴(yán)0,此時(3.18)式寫成:(39)九=0.5丄(3乩-1) 仏*(3.20)bk =_1+丄+厲-仲) h ik ck =o.5()3 (3-1) k &#

24、39;k+1當(dāng)彈簧各片片端為矩形時bk :由(3.18), (3.19), (3.20), a2p + b2x2+c2x. =0' £兀 +b3x3 +c3x4 =0 a4x3+b4x4+c4x5 =()>(3.21)(3.21) 式，得岀計算各片端部負(fù)荷的方程組：(3.22)anxn_bnxn=0方程組(3.22)是(-1)次線性方程組，計算各片端部負(fù)荷時，從最后一個方程式開始，把x”值用x,表示，并代入前面一個方程組，依次代入第一個方程 式中，得到只有x?和p的關(guān)系式，由此求出作用在各片端部負(fù)荷x?、x?x” 值。2）彈簧剛度曲于彈簧總成在卷耳孔處變形6等于主片在該

25、點處變形5 因此如果能知道主 片在卷耳孔處變形，就能求擊彈簧剛度。主片在x?、p力作用下，在卷耳孔處變形習(xí)（圖3.8）,為:x2圖3.82pi；+6ei、mm(3.23)如果主片是二片等長彈簧，上式又可寫成:mm彈簧剛度k計算式為:2p12epz,2pi： _3xj； +xj；kgf / mm(3.24)主片是等長二片彈簧:2p6ep1d>（p-兀2）厶3kgf / mm式屮人一主片斷而慣性矩，mm4 o3）彈簧應(yīng)力當(dāng)知道各片彈簧受力情況下，就能很容易求出各片應(yīng)力。彈簧各片根部應(yīng)力計算公式為：pl-x2kgf /mm2(3.25)kgf /mm2(3.26)相鄰兩彈贊片接觸點處應(yīng)力為:%

26、« / 2 丿 幾=- 巴無論采用共同曲率法還是集111載荷法，由于采用的假設(shè)與實際的多片彈簧不一樣, 因此計算結(jié)果都有一定誤差。一般說，用共同曲率法計算出的彈簧剛度值要比用集中 載荷法大，而彈簧應(yīng)力除了末片z外，用共同曲率法計算的應(yīng)力值與實測值比較接近。 3.2.3 u形螺栓夾緊時彈簧剛度和應(yīng)力確定鋼板彈贊用u形螺栓夾緊后，部分彈簧長度將不起彈性作用，稱之無效長度。這 部分長度除了與u形螺栓夾緊距有關(guān)外，還與下列因素有關(guān)。a. 彈簧底座和蓋板的氏度和剛度；b. 彈簧與底座或蓋板z間是否冇軟墊；c. u形螺栓夾緊力矩和u形螺栓強度。彈簧無效長度厶一般取ls =a-s,彈簧有效長度le

27、為:le = l - l s = l a s(mm )(3.27)式屮a 無效長度系數(shù)，一般取a = 0.40.6 ；su形螺栓夾緊距，加血。按式（3.10）、（3.17）、（3.24）計算彈簧剛度時，用仲直長度l值計算出的剛度是 口由剛度，用有效長度lj直計算出的剛度是夾緊剛度。門由剛度用于檢測彈簧特性是 否能滿足設(shè)計要求，而夾緊剛度是用于計算懸架頻率和新彈簧設(shè)計吋選擇彈簧尺寸參 數(shù)。計算彈簧夾緊剛度時，也可以采用下面簡化公式計算。(k) = (s kkf/mm(3.28)式屮k 彈簧自由剛度，kgf i mm ；(k) 簧夾緊岡i度,kgf / mm。計算彈簧在夾緊狀態(tài)時應(yīng)力和比應(yīng)力時，式

28、(3.11)、(3.12)、(3.14)、(3.15)中 的厶值應(yīng)用有效長度乙值。3.2.4彈簧許用應(yīng)力對于55simna或60si2mna等材料，表面經(jīng)應(yīng)力噴丸處理后，推薦彈簧應(yīng)力值 在下列范圍內(nèi):1) 彈簧滿載靜應(yīng)力j前彈簧 = 3500 4500kgf/cm2后主彈簧 6“ = 4500 5500/67?72后副彈簧込"=20002500kgf'/cm2平衡懸架彈簧刁” =35004500kgf/cm22) 彈簧比應(yīng)力載貨汽車前、后彈簧c = 450550kgf / cm2 / cm載貨汽車后懸架副彈簧cr = 750s50kgf /cm21 cm越野車平衡懸架彈簧b

29、= 650 sookgf/cm2 /cm3) 彈簧極限應(yīng)力s邸鋼板彈贊在極限動行程時的應(yīng)力值稱之極限應(yīng)力，極限應(yīng)力許用值為：一般彈簧6那 <9000 10000/cm2平衡懸架彈簧”喚<13500蚣/7訕彳彈簧許用應(yīng)力與汽車使用條件、懸架結(jié)構(gòu)及彈簧制造工藝有關(guān)，因此選取彈簧許 用應(yīng)力時，應(yīng)根據(jù)具體情況而定，一般說靜撓度大的彈簧，許用靜應(yīng)力可取上限，而 比應(yīng)力應(yīng)取下限。圖3.9是美國汽車工程師學(xué)會(sae)和原蘇聯(lián)李哈喬夫汽車廠推薦的彈簧許用 應(yīng)力曲線圖。其屮sae推薦的許用應(yīng)力范圍是兩條肖線形成的區(qū)間，這兩條直線可用下式表 7jocyitl = a3c+bkgj'i cm2

30、(3.29)式屮 a = 147±8；b = 2800 ±350。許用比應(yīng)力為：ba = akgf /cm2 /cm(3.30)蘇聯(lián)李哈喬夫汽車廠推薦的許用應(yīng)力范圍是幾組拋物線，可用下式表示。a =kgf i cm2(3.31)不同的車型，加不同，在圖3.9中，加取值如下。a) 組曲線適用于公共汽車前、后彈簧及工作條件差的載貨汽車前彈簧， m 1250 ±50 ；b) 組曲線適用于載貨汽車詢彈簧、后副彈簧及轎車后彈贊，加= 1350±50；c) 組曲線適用于載貨汽車后主彈簧，加= 1500±60；d) 組曲線適用于越野汽車平衡懸架彈簧，加=18

31、50±70；許用比應(yīng)力為：cr =二kgf /cm2 /cm(3.32)從圖3.9可看出，無論是sae曲線還是李哈喬夫汽車廠都是推薦靜撓度大的彈簧,選用大的許用應(yīng)力，而比應(yīng)力可選小些。但sae曲線推薦的許用應(yīng)力沒有考慮不同車 型的使用條件，這是它的不足。計算示例3j彈簧兒何尺寸列于表3.3,滿載時費上負(fù)荷q = 385檢彈簧u形螺栓夾緊距s =91伽,計算彈簧剛度和應(yīng)力。1) 按共同oil率法計算由表3.3計算得：彈簧總慣性矩=8009.9加屛，彈簧總斷面系數(shù) = 2464.5加莎，彈贊各片斷面系數(shù)用人，=492.9mm3。表33彈簧幾何尺寸丿卜號夂m族7夂片右加 底7夂宀冋施各片寬

32、度b111501104.56.570211501104.56.5703886840.56.5704622576.56.5705356310.56.570下面分別川梯形單片彈簧和階梯形單丿彈簧方法進(jìn)行計算:將彈簧展開成梯形單丿丫彈簧由(3.9)式計算得撓度增人系數(shù)他=1.202,用式(3.10)計算得彈簧白由剛度k = 4.4166kgf / mm。彈贊無效長度系數(shù)q収05用(3.28)式訃算得彈贊夾緊剛度(k) = 4.9skgf/mmo彈簧在u形螺栓夾緊處應(yīng)力b和比應(yīng)力b由(3.11)、(3.12)式，b = 43.3kgf皿亦,(7 = 0.55skf / mm 將彈簧展開成階梯形單片彈簧

33、用式(3.17)計算彈費白由剛度k時，為計算方便將公式列成3.4表格進(jìn)行計算。表34彈簧自由剛度列表算mm片&k+1 = a k + iiky - 1人-也q3“k+lak+ * k - z+l)157516()20.0006242575032040.0003120.00031200344313248()60.000208(w001()42299968239.1966431126464080.0001560.00005218399744956.78517839780100.0001250.000031625707731939.695750.00012519010937523763.6唱

34、獰 0.92 = 4.31 ksflmm由式（3.17）用有效長度乙計算彈簧夾緊剛度：（k） = 4.19kgf /mm.2）按集屮載荷法計算:首先計算彈簧各片端部載荷，由式（3.20）求曲ak、bk、q值（表35）,由于彈簧端部表 3<5 ak > bk、值序號lk (mm)ik (mm)ikubk5157516022575160211-20.66173443160211.447-20.56624311160211.637-20.39765178160212.121-20由式（3.22）：p-2x2 +06617x? =01.447小-2%3 +0.5662x4 =01.637x

35、3 - 2x4 + 0.3976x5 = 02.121x42x5 =0解方程組得 x5 =1.0605x4； x4 = 1.037x3；x3 =1024x2； p = 1.3222x2；將p = 2/2 = 192.5-代入面各式得:x2 = 145.6矽；x3 = 149.1 如；x4 = 154.6切；x5 = 164切；用式(3.24)計算彈簧自由剛度k： = 6x.92.5x2.lxl0-xl602 =/m/y?(192.5 145.6)x5753用式(3.28)計算彈簧夾緊剛度k = 4.92kgf/mm用式(3.25)計算u形螺栓夾緊處各片應(yīng)力(圖3.10)。第片應(yīng)力 6 = 19

36、2.5 x 552.二 14'.6x 552.2 = 52.5kgf i mm?492.9145.6x552.2-149.1x420.250=36kgjt / mm492.9第 3 片應(yīng) g = 149.1x420.25-154.6x288.25 = 36j492.9第4片應(yīng)如4.6x2碗二64x155.2 =3&77矽/加492.9第5 片應(yīng)力牛=164x155.2 = 51.63/mm2492.9用式(3.26)計算相鄰兩簧片接觸點應(yīng)力：第 2 片與第 3 片：二 1456x(552.2 420.25)= 39kgf亠492.9給八亠結(jié)丄 149.1x(420.25-288

37、.25)“八 2第 3 ) 與第 4 丿 | ： a,=匸-39.93w / mm492.9牡 亠i 施丄 154.6x(288.25-155.25)人、* 。第4 片與第5 片：cr4 =v =4i.l5kgf /mnr492.93.10各片應(yīng)力分布需要說明一點的是，彈簧各片用實際長度厶值和用有效長度&值計算出的各片端部載荷是不一樣的，因此示范例中所計算的應(yīng)力有一定誤弟。3.3鋼板彈簧斷面尺寸和主片長度的確定如果知道了懸架靜撓度值，那么由下式可以求出期望的彈簧剛度值（夾緊剛度）。(3.33)利用式（3.10）,從期望的彈簧剛度值（k）可計算出彈簧斷而尺寸和長度。1）初步確定彈簧撓度增

38、大系數(shù)焉（或匕）。先確定與主片等長的片數(shù)川，然后估算總 片數(shù)m由式（3.9）初步計算出撓度增大系數(shù)心值。選擇彈簧總片數(shù)時，盡可能使片 數(shù)少些，這不僅可以減少彈簧片間摩擦，而冃便于彈簧生產(chǎn)制造。2）確定彈簧冇效長度&。由u形螺栓夾緊矩和總布置給定的彈簧仲直長度，用式（3.27） 初步確定出彈簧有效長度le值。3）求彈簧總慣性矩。曲式（3.10）計算出彈簧總慣性矩后，可以確定彈簧片數(shù)、片寬、 片厚。彈簧寬度選取。增加彈簧寬度，可以減少彈簧總片數(shù)，并能增加卷耳強度。但 是，增加片寬后，汽車側(cè)傾時增加彈簧片扭曲應(yīng)力。對前懸架來說，為保證轉(zhuǎn)向車輪 冇一淀轉(zhuǎn)向空間，增加片寬受到一定限制。彈簧厚度選

39、取。由于彈簧總慣性矩和彈簧厚度的三次方成正比，稍許增加彈簧 厚度，就可以減少片數(shù)。因此在滿足彈簧使用壽命的前提下，應(yīng)盡可能選擇片厚的彈 簧。另外，選擇彈簧厚度時，同一副彈簧的不同厚度的組數(shù)越少越好，希望各片厚度 能相等。彈簧尺寸參數(shù)（彈簧長度、寬度、厚度及片數(shù)）確定后，應(yīng)重新按式（3.10）對 彈簧剛度進(jìn)行驗算。如果彈簧剛度不能滿足設(shè)計要求，應(yīng)重新進(jìn)行計算。除了對彈簧 剛度進(jìn)行驗算外，還應(yīng)對彈簧強度進(jìn)行核算，按式（3.11）、（3.12）或（3.14）, （3.15） 計算的彈簧應(yīng)力和比應(yīng)力應(yīng)在推薦的范圍內(nèi)。如呆所選的彈簧尺寸參數(shù)不能滿足強度 要求，貝頌重新計算，直至所選定的彈簧尺寸參數(shù)滿足彈

40、簧剛度和強度要求為止。最后確定的彈簧寬度與厚度應(yīng)符合冇關(guān)彈簧尺寸標(biāo)準(zhǔn)（彈簧鋼gb1222）規(guī)定。 3.4鋼板彈簧各片長度的確定當(dāng)已經(jīng)知道了彈簧主片長度及彈簧寬度、厚度、片數(shù)后，就可以計算彈簧各片長 度。確定各片長度時，應(yīng)盡可能使各片應(yīng)力及英應(yīng)力分布合理，以達(dá)到各片等壽命。 確定彈簧各片長度有兩種方法，即共同曲率法和集中載荷法。1）共同曲率法該方法是基于彈簧各片展開圖接近于梯形梁形狀這一實際情況，用作圖法來確定 彈簧各片氏度的方法。具體作法是：作一直線加（圖3.11）,代表中心螺栓軸線，在加 直線上按照同一比例尺，依次截取簧片厚度你的立方值屁，再沿橫坐標(biāo)量出主片長 度之半厶/2和u形螺栓屮心距之

41、半s/2值，得a、3兩點，連接人、3得到鋼板彈 簧展開圖。從截取的各片厚度點作一直線與人3直線相交，即可求出彈簧各片長度。 利用圖3.11的方法可求出各片等厚和不等厚時各片的長度。如果主片是等長時，應(yīng)從b點到第二片端點連一直線，如圖3.11b的4b直線。各片等厚的彈贊，由于各片長度差值相等，因此也可以按比例計算彈簧各片長度, 不一定作圖。對于裝有夾篩的簧片，可以適當(dāng)加長片氏，以便于安裝夾箍。2）集中載荷法該方法是按照集屮載荷法假設(shè)，根據(jù)所設(shè)定的彈簧各片應(yīng)力分布狀況，確定彈簧 各片長度的方法。彈簧沿片長應(yīng)力分布狀況有三種形式（圖3.12）,從合理利用彈簧材 料角度出發(fā)，圖3.12c所示彈簧片應(yīng)力

42、分布比較合理，它接近于等強度梁，但是這種分 布對受力復(fù)雜的主片是不太理想的°對主片來說，圖3.12a的應(yīng)力分布比較合理。圖 3.12b所示的應(yīng)力分布，除特殊情況外，一般不用。下面用應(yīng)力分布系數(shù)n來確定彈簧各片長度。(3.34)式屮u螺栓夾緊處第k片應(yīng)力，kgf / mm2第k與k + 1接觸點處的應(yīng)力，kgf'/mm2如果給岀各片的應(yīng)力分布系數(shù)儀便可以知道各片彈簧的應(yīng)力，由式（3.25）, （3.26） 可以求出彈簧各片長度。表3.6推薦的應(yīng)力分布系數(shù)供參考選用。表36彈簧各片應(yīng)力分布系數(shù)rk鋼板彈簧主片第一片第三片其余各片第一、二片等長0.6 0.80.6 0.80.77.

43、91.0所以各片長度不等0.6 0.80.7 0.90.9-1.01.0計算示例3-2彈簧主片長厶=1150mm ,第一片與笫二片等長，片寬成b = 70加加，各片厚/? = 6.5mm ,共5片，彈簧u形螺栓夾緊矩s=91w 求彈簧各片片長。由于彈簧各片厚度和等，可以按比例計算出彈簧各片長度。第1片與第2片半長i、=l2 = 515mm ；第3片半長l3 = 443m/n ；第4片半長/4 = 31 mm ；第 5 片半氏 /5 = 178/m。3.5鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力及弧高3.5.1鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力確定由丁各片鋼板彈簧在自由狀態(tài)卜曲率半徑不等，用屮心螺栓將各片彈簧夾緊時， 各片曲率半徑將

44、發(fā)生變化，并產(chǎn)生預(yù)加應(yīng)力，鋼板彈簧在未承受外加負(fù)荷時，這種應(yīng) 力就已經(jīng)存在了，由于各片彈簧存在預(yù)應(yīng)力，當(dāng)彈簧承載時彈贊各片應(yīng)力狀態(tài)將重新 發(fā)生變化。下面用共同曲率法計算各片彈簧因曲率變化產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力。假設(shè)裝配好的鋼板彈 簧各片彼此完全接觸，而月.每一片彈簧在自由狀態(tài)或裝配成總成后，沿整個長度曲率 半徑都相等?；∵@種假設(shè)，各片彈簧在裝配時，彈簧變形可看成是純彎曲，彈簧各 片端作用大小相等，方向相反的力矩。由材料力學(xué)，作用在任一彈簧片上的彎矩與曲率半徑變化值之間關(guān)系（圖3.13） 可用下式所示：1 / mm(3.35)式屮：mk :第k片彈簧各斷而的彎矩，kgf - mmrk：第k片彈簧在自由狀

45、態(tài)下的曲率半徑，呦時 第k片彈簧在裝配后的曲率半徑,nunlk：第k片彈簧斷面慣性矩，亦彈贊預(yù)應(yīng)力%與彎矩mr及裝后斷面系數(shù)叭之間關(guān)系式:將上式代入（3.35）式得曲(3.36)akgf / mm假設(shè)各片彈簧均為矩形斷面，裝配后的各片彈簧曲率半徑等于彈簧總成在口由狀 態(tài)下的曲率半徑，各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力可以寫成：(3.37)式中 hk :第k片彈簧片厚，他：彈簧總成在自由狀態(tài)下曲率半徑，加加如杲知道彈簧總成自由狀態(tài)下的曲率半徑他和預(yù)加在各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力,那么由(3.37)式可求出各片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑丄=丄 + 2%/mm(3.38)rk r° ehk彈簧各片預(yù)應(yīng)力的選擇，原

46、則上考慮以卜幾個因素。a. 彈簧各片未裝配詢，各片間隙不要相差太人，各片裝配后，應(yīng)使各片能很好配 合。b. 由于主片受力復(fù)雜，為保證主片及長片有較t使用壽命，希望適當(dāng)降低主片及 長片應(yīng)力?；谏鲜鲈颍x擇各片預(yù)應(yīng)力時，片厚相等的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜過 大。對片厚不等的彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力大一些。一般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)力約為300350z:g/'/mm2 ,短片根部合成應(yīng)力約 700800檢/7加顯，14片長片彈簧應(yīng)預(yù)加負(fù)的應(yīng)力，短片彈簧為正的預(yù)應(yīng)力，預(yù) 應(yīng)力由負(fù)值逐漸遞增至匸值。3.5.2各片彈簧弧咼確定假設(shè)第k片彈簧仲直長度縱，簧片曲率半徑rk，那么

47、第k片彈簧的弧高比(圖3.14）：3. 14贊片孤高與曲率半徑hk = rk - rk cos©如果<0.6沖心角河以寫成:將能代入上式：hk = r人(1 一 cos-) mm(3.39)如果把cos 乂 一項展開成仝的幕級數(shù)：rkrkii2 / 15雙曲率簧片3.6鋼板彈簧總成自由弧高及總成裝配后弧高361鋼板彈簧總成口由弧高 鋼板彈簧總成在口由狀態(tài)卜弓瓜高h(yuǎn)o是由滿載弧高心、靜撓度巧及彈簧總成在ucos- = l rk 2r；24 或如果僅取頭二項，并代入(3.39)式，得到：h k =一mm(3.40)2心帶卷耳孔的主片彈簧，如果計入卷耳孔半徑，彈簧弧高值計算見(3.6

48、9)式。為了使彈簧總成在車上能很好夾緊，當(dāng)彈簧各片較厚時，比較多的都是將彈簧各 片作成雙曲率(圖3.15),由于中間平直段部分不產(chǎn)生弧高，因此計算彈簧各片弧高時, 彈簧作用長度應(yīng)減掉壓平部分長度。形螺栓夾緊后引起的弧高變化紂三部分組成。=心+0+紂mm(3.41)弧高變化量a/1取決于u形螺栓夾緊距s和(5° + &)值大小。假設(shè)彈簧總成在0 由狀態(tài)下是單圓弧，并假設(shè)彈簧總成在u形螺栓夾緊部分被壓平，下而推導(dǎo)彈簧弧高 變化量紂計算式：彈簧總成被u形螺栓夾緊壓平后，夾緊部分在負(fù)荷作用點處的變形應(yīng)等于u形螺 栓夾緊長度的弧高值(圖3.16),即：p& (4)22 二 2

49、3ei( 2r由此可以得到u形螺栓夾緊壓平時所需的力p :3£7 p = 如(3.42)式屮：/0：鋼板彈簧總成總的斷面慣性矩r：彈簧總成自由狀態(tài)時曲率半徑u形螺栓夾緊處在力p作用下，彈簧卷耳中心處變形a/' (見表3.2)：p(少.嗚)匕弓)將(3.42)式代入上式整理后得:式中： h = 5° +q.l :主片伸直長度 mm彈簧總成在口由狀態(tài)下總成曲率半徑他:式屮:a 力 2e1km,：第k片彈簧各斷而的彎矩3.6.2鋼板彈贊裝配后總成弧高女口果知道彈簧各片曲率半徑心后,彈簧各片用中心螺栓夾緊后彈簧總成曲率半徑 &可根據(jù)平衡狀態(tài)時最小勢能原理求出。為使計

50、算簡便可行，假設(shè)彈簧各片組裝后的總成具有共同的曲率，即組裝后各片 彈簧曲率半徑相同，并h組裝后的總成仍為半圓弧。如果已知各片全長為厶，厶2,l”,慣性矩厶，/2,/“，自由狀態(tài)吋曲 率半徑r?,r”第k片彈簧曲率半徑由心變成總成曲率半徑心后勢能為：n片彈簧夾緊后的總勢能為:為求最小勢能所對應(yīng)的心值，對上式求極限，并令:du=0得到d(1 / mm(3.45)£【klkk=k=l1 / mm(3.46)如果各片彈簧厚度相等（3.45）式又可寫成:（3.45）式，（3.46）式對非稱彈簧也適用。 計算示例3-3彈簧c知參數(shù)同計算示例3-1 （見3.2節(jié)），彈簧滿載弧高 =15伽，計算彈簧

51、總成h由狀態(tài)弧高和各片曲率半徑。由式（3.33）計算得彈簧滿載靜變形q =385/4.79 = 80.37加加；由式（3.43）計算得u形螺栓夾緊時引起弧高變化量為a/* = 11 02mm :由式（341）計算得彈簧總成口由弧高h(yuǎn) = 106.39加加；由式（3.44）計算得彈簧總成在h由狀態(tài)下illi率半徑/?（）= 1553.8加加。依據(jù)表3.7給出的各片預(yù)應(yīng)力，按式（3.38）計算彈簧各片曲率半徑心。山式（3.46）計算彈贊裝配后總成曲率半徑/?（）= 1585mm , h（）= 104.26加加基本滿足設(shè)計 要求值。表37彈簧各片預(yù)應(yīng)力和曲率半徑序號各片長度厶k （加加）各片預(yù)應(yīng)力（

52、kgf/mm2）各片曲率半徑（mm）11150-1120732115041709.53886+31454.54622+91289.65356+151158.33.8鋼板彈簧片間摩擦和動剛度鋼板彈簧變形時，由于彈簧片間相對位移產(chǎn)生摩擦，圖3.19所示的彈性特性曲線中，cda曲線是彈簧加載過程，abc曲線是卸載，面積abcd是由摩擦阻 力作的功。片間摩擦阻力可以起到衰減振動作用，阻力越人衰減越快。一般是希 望片間摩擦阻力小些好，這樣可以減小因片間摩擦產(chǎn)生的彈簧振動噪聲。另外從 改善汽車行駛舒適性角度看，也希槊片間摩擦阻力不要太大，過大的摩擦阻力不 利于汽車減振器有效的工作。減小片間摩擦阻力自以下措施:a：在彈簧各片間涂石墨潤滑脂，但由于潤滑脂易外流，使用一段時間失去效用。 b：在彈簧片間加耐磨塑料墊片，或是在片端放置橡膠（或塑料）墊塊，減少彈簧 片間接觸面積。c：彈簧設(shè)計吋，