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。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧3Jo (Lks)c/(48E)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)n。，求得 n，然后用1.5 /1.04(1 0.5 )初定)；E為材料

2、的彈性模量(MPa)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 (1.5 1.7)Hz，取n 1.6Hz，根據(jù)公式n 5_fc， 可得靜撓度f(wàn)c (-)2(空)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)n11，估計(jì)總片數(shù)n010 (多片鋼板彈簧一般片數(shù)在614片之間選取)，則n1 / n° 1/10 ，撓度增大系數(shù)1.5 /1.04 (1 1/ 20)1.51.

3、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 W 3330 (1050 0.5 70)/ (4 500) 1689.98鋼板彈簧平均厚度 hp 2J0/W0 (2 4859.15) /1689.98 5.75mm ；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

4、 ；故片厚h (1 0.1)hp 1.1 5.756.325mm，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hi3 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/270/2 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。A圖1各片彈簧長(zhǎng)度各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓

5、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取整圓整雙邊L15255255251050252552552510503471475950441742084053623657306308310620725325551081992004009144145290109090180三、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Jo、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)算公式為其中ak 1 (l1 l k 1 )式中,為經(jīng)

6、驗(yàn)修正系數(shù),彈性模量E 2.15210 N / mmak 13(Y<k 1Yk1Jii 10.900.94，取Yki)0.92Vk11Ji1l1, lk 1為主片和第k 1片的一半長(zhǎng)度當(dāng) k1,a22, a3111352547550 mm3, a41114525420150mm4, a51115525365160mm5, a61116525310215mm6, 371117525255270mm7,a8111 8525200325mm8, a91119525145380mm9,a101111052590435mm10,叭11111525i 0525mmkkkkkkkkk1112525 5

7、250YkYk11kJii 11FTJi12kbh312(k 1)bh312k(k 1)bh32,丫23,£4,丫46bh32bh31bh335bh3k5,Ysk6,綣k7,丫7k8,Y8k9,丫9k10M。Yk 1)41帶入數(shù)據(jù)可得:ak 1 (Ykk 1Y6丫7Y8丫9丫02Bbh32Tbh3314bh316bh3215bh3655bh3故 c (6 0.92 2.1 10)/4168.61278.08N/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 H。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

8、，稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H 0，用下式計(jì)算H。 fc fa Vf式中，fc為靜撓度；fa為滿載弧高；Vf為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化，Vf Z3L 9中 fj ； s為u形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片 2L2長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ro L2/(8Ho)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Vf s(3L s)(2fa fc) 70 (3 1050 7°) 2(15 97.66)11.02mm2L22 10502H0fc fa Vf 97.66 15

9、 11.02 123.68mm2 2R) L /(8H0)1050 /(8 123.68)1114.27mm(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(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R Ro/1(2 oiRo)/(Ehi)式中，Ri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

10、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 1o5Mpa ； 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 0i條件下,可以用上式計(jì)算各片彈簧自由狀態(tài)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

11、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。14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Mi之代數(shù)和等于零，即Mii10iWii1如果第i片的片長(zhǎng)為L(zhǎng)i片，則第i片彈簧的弧高為Hi2Li2 /(8Ri)取值計(jì)算： 各片預(yù)應(yīng)力：0155Mpa0240Mpa0320Mpa040Mpa0510Mpa0620Mpa0730Mpa0840Mpa0950Mpa1055Mpa得： R1R0 /1(2 01R0) / (Eh1) 1234.34mm同理：R21199.10 mmR

12、31155.13mmR4 1114.27 mmR51094.90 mmR61076.20mmR7 1058.13 mmR81040.65 mmR91023.74mmR10 1015.49mm則：H1L12 / (8R1)10502/ (81234.34)111.65mmH22L22 / (8R2)10502 / (81199.10)114.93mmH23 L32 / (8R3)9502 / (81155.13)97.66mm2H 4 L42 / (8R4)8402 / (81114.27)79.15mmH5L52 / (8R5)7302/ (81094.90)60.84mmH6L62 / (8

13、R6)6202/ (81076.20)44.65mmH72L7 /(8R7)2510 /(81058.13)30.73mmH82L8 /(8Rb)2400 /(81040.65)19.22mmH9L92/(8R9)2902/(81023.74)10.27 mmH102L10 /(8R10)2180 /(81015.49)3.99mm(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1/ Ro(Li/R)/1Li1式中,Li為鋼板彈簧第i片的長(zhǎng)度。其中,n(Li/R)i 1105010509508407306205101058.131234.341199.101155.131114.2