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、確立鋼板彈簧葉片斷面尺寸、片數(shù)相關(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。所以，可依據(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J0。關(guān)于對(duì)稱鋼板彈簧J0(Lks)3c/(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k0.5，撓性?shī)A緊：取k0）；為鋼板彈簧垂直剛度(N/mm)，ccFw/fc；為撓度增大系數(shù)（先確立與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)n1，再預(yù)計(jì)一個(gè)總片數(shù)n0，求得n1/n0，而后用1.5/1.04(10.5)初定）；E為資料的彈性模量(MPa)。

2、取值計(jì)算：題目已知騎馬螺栓中心距s70mm取剛性?shī)A緊時(shí)的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)k0.5題目已知滿載時(shí)偏頻n(1.51.7)Hz，取n1.6Hz，依據(jù)公式n5/fc，可得靜撓度f(wàn)c(5)2(5)297.66mm；后鋼板彈簧載荷n1.6Fw(G02Gu)/2(7350690)/23330N；故后鋼板彈簧垂直剛度cFw/fc3330/97.6634.1N/mm確立與主片等長(zhǎng)重疊片數(shù)n11，預(yù)計(jì)總片數(shù)n010（多片鋼板彈簧一般片數(shù)在614片之間選用），則n1/n01/10，撓度增大系數(shù)1.5/1.04(11.51/20)1.092取彈性模量E2.1105N/mm2題目已知鋼板彈簧長(zhǎng)度L(10001100)mm，

3、取L1050mm帶入可求得：J04859.15Nmm2鋼板彈簧總截面系數(shù)：WFw(Lks)/(4w)式中，w為許用曲折應(yīng)力。關(guān)于55SiMnVB或60Si2Mn等資料，表面經(jīng)噴丸辦理后，介紹w選用范圍：后主簧450550MPa，取w500MPa，可求得W3330(10500.570)/(4500)1689.98鋼板彈簧均勻厚度hp2J0/W0(24859.15)/1689.985.75mm；介紹片寬與片厚的比值b/hp在610范圍選用，取b8hp85.7546mm；故片厚h(10.1)hp6.325mm，取h6mm，按規(guī)格取hb663綜上可得：片寬b63mm，片厚h6mm，片數(shù)n010mm二、

4、確立鋼板彈簧各片長(zhǎng)度（按1/5比率作圖）作圖步驟：1、先將各片厚度hi的立方值hi36318按同一比率尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上；2、再沿橫坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)度的一半L/21050/2525mm和U形螺栓中心距的一半s/270/235mm，獲得A,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連向來(lái)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)質(zhì)長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確立。表1各片彈簧實(shí)質(zhì)長(zhǎng)度（單位mm）序列號(hào)單邊L/2取整圓整雙邊L1525525525105025255255251050347147595044174208405362365730630831

5、0620725325551081992004009144145290109090180三、計(jì)算鋼板彈簧總成剛度在此以前，相關(guān)撓度增大系數(shù)、慣性矩J0、片長(zhǎng)等確實(shí)定都不夠正確，所以有必需驗(yàn)算剛度。用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假設(shè)同一截面上各片曲率變化值同樣，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惹起的彎矩。剛度驗(yàn)算公式為n3c6Ea(YY)k1kk1k1kk1此中ak1(l1lk1)Yk1JiYk11Jii1i1式中，為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，0.900.94，取0.92彈性模量E2.1105N/mm2l1,lk1為主片和第k1片的一半長(zhǎng)度當(dāng)k1,a2l1l25255250k

6、2,a3l1l352547550mmk3,a4l1l4525420150mmk4,a5l1l5525365160mmk5,a6l1l6525310215mmk6,a7l1l7525255270mmk7,a8l1l8525200325mmk8,a9l1l9525145380mmk9,a10l1l1052590435mmk10,a11l1l115250525mmYkYk1k11121212k1kbh3(k1)bh3k(k1)bh3JiJii1i16k1,Y1Y2bh32k2,Y2Y3bh31k3,Y3Y4bh33k4,Y4Y55bh3k5,Y5Y625bh3k6,Y6Y727bh3k7,Y7Y83

7、14bh3k8,Y8Y916bh3k9,Y9Y10215bh3k10,Y10Y11655bh3n帶入數(shù)據(jù)可得：ak13(YkYk1)4169.61k1故c(60.922.1105四、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H0鋼板彈簧各片裝置后，在預(yù)壓縮和U形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩頭（不包含卷耳孔半徑）連線間的最大高度差，稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0，用下式計(jì)算H0fcfaVf式中，fc為靜撓度；fa為滿載弧高；Vf為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后惹起的弧高變化，Vfs(3Ls)(fafc)；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

8、的曲率半徑R0L2/(8H0)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準(zhǔn)時(shí)能獲得足夠的動(dòng)撓度值，常取fa1020mm，取fa15mm故Vfs(3Ls)(fafc)70(3105070)(1597.66)11.02mm2L2210502H0fcfaVf97.6615R0L2/(8H0)10502/(8123.68)1114.27mm2）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑確實(shí)定因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝置后的曲率半徑不一樣(如圖2)，裝置后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，其值確立了自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。各片自由狀態(tài)下做成不一樣曲率半徑的目的是：使各片厚度同樣的鋼板彈簧裝置后能很好地貼緊，減少

9、主片工作應(yīng)力，使各片壽命靠近。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置前各片曲率半徑由下式確立RiR0/1(20iR0)/(Ehi)式中，Ri為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm)；R0為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm)；0i為各片彈簧預(yù)應(yīng)力(Mpa)；E為資料彈性模量(Mpa)，取E2.1105Mpa；hi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R0和各片彈簧預(yù)應(yīng)力0i條件下，能夠用上式計(jì)算各片彈簧自由狀態(tài)下曲率半徑Ri。選用各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)，要求做到：裝置前各片彈簧片間的空隙相差不大，且裝置后各片能很好地貼合；為保證主片及與其相鄰的長(zhǎng)片有

10、足夠的使用壽命，應(yīng)適合降低主片及與其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力。為此，選用各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為以下兩種狀況：關(guān)于片厚同樣的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選用過(guò)大；關(guān)于片厚不同樣的鋼板彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力可取大些。介紹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300350Mpa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)值漸漸增至正當(dāng)。在確立各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)知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ni1Mi0n或i10iWi0假如第i片的片長(zhǎng)為L(zhǎng)i片，則第i片彈簧的弧高為HiLi2/(8Ri)取值計(jì)算：各片預(yù)應(yīng)力：0155Mpa0240Mpa0320M

11、pa040Mpa0510Mpa0620Mpa0730Mpa0840Mpa0950Mpa1055Mpa得：R1R0/1(201R0)/(Eh1)1234.34mm同理：R21199.10mmR31155.13mmR41114.27mmR51094.90mmR61076.20mmR71058.13mmR81040.65mmR91023.74mmR101015.49mm則：H1L12/(8R1)10502/(81234.34)111.65mmH2L22/(8R2)10502/(81199.10)114.93mmH3L32/(8R3)9502/(81155.13)97.66mmH4L42/(8R4)8

12、402/(81114.27)79.15mmH5L52/(8R5)7302/(81094.90)60.84mmH6L62/(8R6)6202/(81076.20)44.65mmH7L72/(8R7)5102/(81058.13)30.73mmH8L82/(8R8)4002/(81040.65)19.22mmH9L92/(8R9)2902/(81023.74)10.27mmH10L102/(8R10)1802/(81015.49)3.99mm（3）鋼板彈簧總成弧高的核算因?yàn)殇摪鍙椈筛髌谧杂蔂顟B(tài)下的曲率半徑Ri是經(jīng)選用預(yù)應(yīng)力0i后用式計(jì)算，受其影響，裝置后鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下的弧高與用R0L2/(8H0)計(jì)算的結(jié)果會(huì)不一樣。所以，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。依據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)固均衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片的R0為nn1/R0(Li/Ri)/Lii1i1式中，Li為鋼板彈簧第i片的長(zhǎng)度。n10501050950840730620(Li/Ri)1234.341199.101155.131114.271094.901076.2