CA1092汽車(chē)后懸掛鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析（本科畢業(yè)設(shè)計(jì)）

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么車(chē)輛穩(wěn)定性就會(huì)降低。所以懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是要爭(zhēng)取達(dá)到最正確的平衡狀態(tài)[3]。

由實(shí)踐得知，懸架對(duì)汽車(chē)的行駛平順性、穩(wěn)定性、通過(guò)性、燃油經(jīng)濟(jì)性等多種使用性能都有影響，因此在選擇懸架參數(shù)及布置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意滿足這些性能的要求。在懸架設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足這些性能的要求，其要點(diǎn)如下：

1）保證汽車(chē)有良好的行駛平順性。為此，汽車(chē)應(yīng)有較低的振動(dòng)頻率。2）有適合的減振性能。它應(yīng)與懸架的彈性特性很好的匹配，保證車(chē)身和車(chē)輪在共振區(qū)的振幅小，振動(dòng)衰減快。

3）保證汽車(chē)有良好的操縱穩(wěn)定性。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，應(yīng)不使主銷(xiāo)定位參數(shù)變化過(guò)大，車(chē)輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)應(yīng)協(xié)調(diào)，不出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向時(shí)整車(chē)應(yīng)有一些不足轉(zhuǎn)向特性。

4）汽車(chē)制動(dòng)和加速時(shí)能保持車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾的可能性。

能可靠的傳遞車(chē)身與車(chē)輪間的一切力和力矩，零部件質(zhì)量輕并有足夠的強(qiáng)度和壽命[4]。

1.3.2汽車(chē)懸架系統(tǒng)的組成

汽車(chē)懸架盡管有各中不同的結(jié)構(gòu)形式，但一般都是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。

彈性元件用來(lái)承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對(duì)車(chē)身的沖擊。其種類(lèi)包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。由于汽車(chē)行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，路面作用于車(chē)輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時(shí)這種沖擊力將達(dá)到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車(chē)身時(shí)，可能引起汽車(chē)機(jī)件的早期損壞；傳給乘員和貨物時(shí)，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車(chē)行駛系中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，還應(yīng)采用彈性元件來(lái)緩和振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲乏。故懸架系統(tǒng)還應(yīng)具有減振作用，以使振動(dòng)衰減，振幅減小，為此，在大量形式的懸架系統(tǒng)中都設(shè)有專(zhuān)門(mén)的減振器。即減振器用來(lái)衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動(dòng)，減振器的類(lèi)型有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)傳遞車(chē)輪與車(chē)身間的力和力矩，同時(shí)保持車(chē)輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車(chē)身跳動(dòng)，尋常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類(lèi)有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。有些轎車(chē)和客車(chē)上，為防止車(chē)身在

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轉(zhuǎn)向等狀況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性[5]。

懸架系統(tǒng)只要求具備上述各個(gè)功能，在結(jié)構(gòu)上并非一定要設(shè)置這些單獨(dú)的裝置。例如CA1092所采用的鋼板彈簧，除了作為彈性元件起緩沖作用外，它在汽車(chē)上縱向安置，并且一端與車(chē)架做固定鉸鏈連接時(shí)，就可擔(dān)負(fù)起決定車(chē)輪運(yùn)動(dòng)軌跡的任務(wù)，因而就沒(méi)有必要再設(shè)置其它導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。此外，一般鋼板彈簧是多片疊成的，它本身即具有一定的減振能力，因而對(duì)減振要求不高時(shí)，在采用鋼板彈簧作為彈性元件的懸架系統(tǒng)中，就可以不裝減振器（一般中型貨車(chē)的后懸架和重型貨車(chē)懸架中都不裝減振器）[6]。1.3.3汽車(chē)懸架系統(tǒng)的分類(lèi)

現(xiàn)代汽車(chē)懸架的發(fā)展十分快，嶄新的懸架裝置不斷出現(xiàn)。其分類(lèi)方法有好多種。根據(jù)汽車(chē)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的不同懸架可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架。

非獨(dú)立懸架：其特點(diǎn)是兩側(cè)車(chē)輪安裝于一個(gè)整體式車(chē)橋上，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊力時(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，當(dāng)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)定位參數(shù)變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導(dǎo)向作用，使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，降低成本。目前廣泛應(yīng)用于貨車(chē)和大客車(chē)上，有些轎車(chē)后懸架也有采用的。非獨(dú)立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時(shí)懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。其常見(jiàn)的形式有：

1)縱置板簧式非獨(dú)立懸架；2)螺旋彈簧非獨(dú)立懸架；3)空氣彈簧非獨(dú)立懸架；4)汽油彈簧非獨(dú)立懸架等。

獨(dú)立懸架：隨著高速馬路網(wǎng)的發(fā)展，促使汽車(chē)速度不斷提高，使得非獨(dú)立懸架已不能滿足汽車(chē)行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求。因此，在汽車(chē)懸架系統(tǒng)中采用獨(dú)立懸架已備受關(guān)注，特別是在轎車(chē)的前懸架中一無(wú)例外地采用了獨(dú)立懸架[7]。

獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車(chē)輪分別獨(dú)立地與車(chē)架（或車(chē)身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，獨(dú)立懸架所采用的車(chē)橋是斷開(kāi)式的。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)可放低安裝，有利于降低汽車(chē)重心，并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨(dú)立懸架允許前輪有大的跳動(dòng)空間，有利于轉(zhuǎn)向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改

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善。同時(shí)獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車(chē)車(chē)輪的附著性。

獨(dú)立懸架中多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧作為彈性元件，鋼板彈簧和其他形式的彈簧用得較少。獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)類(lèi)型好多，主要可按車(chē)輪運(yùn)動(dòng)形式分為以下四類(lèi)：

1)車(chē)輪在汽車(chē)橫向平面內(nèi)搖擺的懸架（橫臂式獨(dú)立懸架）；2)車(chē)輪在汽車(chē)縱向平面內(nèi)搖擺的懸架（縱臂式獨(dú)立懸架）；3)車(chē)輪沿主銷(xiāo)移動(dòng)的懸架，其中包括：燭式懸架和麥弗遜式懸架；4)車(chē)輪在汽車(chē)的斜向平面內(nèi)搖擺搖擺的懸架（單臂式獨(dú)立懸架）。

上面陳述的是傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)，其剛度和阻尼是按經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定的，根據(jù)這些參數(shù)設(shè)計(jì)的方法懸架結(jié)構(gòu)，在汽車(chē)行駛過(guò)程中，其性能是不變的，也是無(wú)法進(jìn)行調(diào)理的，也就是說(shuō)，傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)只能保證在一定的道路狀態(tài)和行駛速度下達(dá)到性能最正確。從而使汽車(chē)行駛平順性、安全性受到一定的影響。故稱傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)為被動(dòng)懸架。隨著高速馬路網(wǎng)的發(fā)展和路面條件的改善，人們希望汽車(chē)不僅有很高的行駛速度，而且還要有很好的行駛平順性、安全性和乘坐舒適性。因而在20世紀(jì)60年代，國(guó)外提出了懸架系統(tǒng)可根據(jù)汽車(chē)[8]。1.4該項(xiàng)研究的目的與意義

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為：汽車(chē)后懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)。懸架是現(xiàn)代汽車(chē)上的重要總成之一,它把車(chē)架(或承載式車(chē)身)與車(chē)軸(或與車(chē)輪)彈性的連接起來(lái).其主要任務(wù)是傳遞作用在車(chē)輪與車(chē)架(或承載式車(chē)身)之間的一切力和力矩,并且緩和不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架(或承載式車(chē)身)的沖擊載荷,衰減由沖擊載荷引起的承載系統(tǒng)的震動(dòng),以保證汽車(chē)的正常行駛。

懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對(duì)汽車(chē)行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見(jiàn)懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車(chē)上是重要的總成之一。汽車(chē)懸架往往被列為重要部件編入轎車(chē)的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量汽車(chē)質(zhì)量的指標(biāo)之一。

隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)懸架的性能提出了更高的要求,因此懸架的發(fā)展成為一種必然受到人們的重視,本課題即在對(duì)懸架知識(shí)的了解把握的基礎(chǔ)上,對(duì)汽車(chē)后懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.5國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)

隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)的綜合性能提出了更高的要求，特別是操縱

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性、舒適性、通過(guò)性、安全性等，故而對(duì)其懸架系統(tǒng)的性能也提出更高的要求:（1）保證汽車(chē)有良好的行駛平順性。（2）具有適合的衰減振動(dòng)能力。（3）保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性。（4）汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)要保證車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾；轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角要適合。（5）有良好的隔聲能力。（6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。（7）可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩，通過(guò)選用適合的制造材料和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高零部件強(qiáng)度和使用壽命，降低生產(chǎn)成本，從而使汽車(chē)具有良好的行駛平順性，進(jìn)而改善汽車(chē)的行駛車(chē)速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性，提高汽車(chē)的性價(jià)比。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外隨著高速馬路的發(fā)展，車(chē)速的進(jìn)一步提高，對(duì)汽車(chē)懸架的結(jié)構(gòu)發(fā)展設(shè)計(jì)提出越來(lái)越高的要求。

國(guó)內(nèi)外汽車(chē)懸架的發(fā)展點(diǎn)，主要是圍圍著小轎車(chē)進(jìn)行的。這是由于轎車(chē)的車(chē)速高，對(duì)舒適性、操縱穩(wěn)定性要求高的起因。大客車(chē)、貨車(chē)的懸架也在發(fā)展，但大多數(shù)是在轎車(chē)的經(jīng)驗(yàn)與成果的基礎(chǔ)上推廣的。

貨車(chē)的懸架，目前大多數(shù)仍采用縱置半橢圓鋼板彈簧非獨(dú)立懸架。少數(shù)采用了扭桿彈簧獨(dú)立懸架。

在重型礦自卸用車(chē)上，為改善駕駛員的勞動(dòng)條件，減少顛簸，提高汽車(chē)的平均速度，越來(lái)越多的采用油氣懸架代替鋼板彈簧懸架。

為了提高載重汽車(chē)的運(yùn)輸效率，應(yīng)盡量增加載重量和車(chē)箱容積。這樣，為使軸荷不超過(guò)馬路允許范圍，采用了多軸汽車(chē)。多軸汽車(chē)由于懸架系統(tǒng)的靜不定，需采用平衡懸架。目前在國(guó)外已有不少車(chē)型使用一種擺臂式后軸平衡懸架。這種懸架的主要優(yōu)點(diǎn)是：相對(duì)于常用的推桿式平衡懸架來(lái)說(shuō)，取消了從動(dòng)軸的整體梁所以減小了非簧載質(zhì)量，提高了行駛平順性；由于懸架和車(chē)架兩點(diǎn)支撐，對(duì)車(chē)架受力有利；和一般貨車(chē)的零、部件多數(shù)能實(shí)現(xiàn)通用；制動(dòng)力矩簡(jiǎn)單平衡，并且汽車(chē)向前行駛時(shí)，由于載荷轉(zhuǎn)移而增加了驅(qū)動(dòng)輪對(duì)地面的壓力，故能提高車(chē)輪與地面間的附著性能等。此外，如在從動(dòng)軸上安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的舉升油缸，在空載行駛時(shí)，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)可將從動(dòng)輪升起，使其減少?gòu)膭?dòng)輪的磨損并降低油耗。

軸數(shù)更多的汽車(chē)（多于四軸），由于懸架系統(tǒng)靜不定，使得汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)各軸上的載荷分派不斷發(fā)生變化。如要得到可以保證車(chē)軸上載荷不變，且與路面結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的懸架系統(tǒng)，其最好的方法是在靜不定的車(chē)軸上裝空氣彈簧懸架。但

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這會(huì)使結(jié)構(gòu)繁雜，成本高，很難調(diào)整恰當(dāng)和不易保修等。所以，應(yīng)當(dāng)力圖采用專(zhuān)同形式的鋼板彈簧懸架，并達(dá)到近似于空氣彈簧懸架的工作性能。

據(jù)分析得知，在多軸汽車(chē)上采用傳統(tǒng)的鋼板彈簧時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整吊耳長(zhǎng)度和搖擺角度。利用隨吊耳實(shí)際擺角迅速增加的吊耳水平分力，可得到工作載荷有一個(gè)在大值的一條懸架特性曲線。在這個(gè)最大值附近，懸架可以在近乎載荷不變的狀況下工作。因此多軸汽車(chē)仍可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的非平衡式鋼板彈簧懸架[9]。1.6鋼板彈簧的基本結(jié)構(gòu)和作用原理

一般載貨汽車(chē)均采用鋼板彈簧作為彈性元件的非獨(dú)立懸架，因鋼板彈簧既有緩沖、減振的功能，又起傳力和導(dǎo)向的作用，使得懸架結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。

在板簧式非獨(dú)立懸架中，鋼板彈簧一般是縱向安置，它與車(chē)橋的連接絕大多數(shù)是用兩個(gè)U形螺栓，將鋼板彈簧的中部剛性地固定在車(chē)橋上部。鋼板彈簧兩端通過(guò)鋼板彈簧銷(xiāo)與車(chē)架支座活動(dòng)鉸接，以起傳力和導(dǎo)向作用。

鋼板彈簧由若干長(zhǎng)度不等、等寬等厚（厚度也可不等）的彈簧鋼片迭成，構(gòu)成整體上近似于等強(qiáng)度的彈性梁，最長(zhǎng)的第一片稱為主片，兩端有卷耳。鋼板彈簧的的卷耳受力嚴(yán)重，是薄弱處。為改善主片卷耳的受力狀況，常將其次片末端也彎曲成卷耳，包在主片卷耳的外面（亦稱包耳）。自由狀態(tài)下鋼片曲率半徑不同，下片小于上片，多片鋼板由中心螺栓和若干鋼板夾連在一起。鋼片之間須涂上較稠的石墨潤(rùn)滑脂，以減小各片彈簧之間的干摩擦和減小噪聲。

鋼板彈簧變形時(shí)，為保證車(chē)架兩端與鋼板彈簧連接的卷耳間的距離有伸縮的余地彈簧后端與車(chē)架的連接尋常采用了以下幾種結(jié)構(gòu)型式：

1)吊耳支架式，解放CAl091型載貨汽車(chē)前懸架采用；2)滑板支承式，東風(fēng)EQl090E型載貨汽車(chē)前懸架采用；3)橡膠塊支承式，一汽早期生產(chǎn)的2．5t越野汽車(chē)前懸架采用。

鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：鋼板彈簧一般安裝在非獨(dú)立懸架上，沿汽車(chē)縱向放置；鋼板彈簧中部用U型螺栓通過(guò)上下蓋板和下托板與車(chē)橋固定連接，前端卷耳用銷(xiāo)子與支架相連；后端卷耳通過(guò)銷(xiāo)子與車(chē)架上的搖擺吊耳相連，形成活動(dòng)鉸鏈支點(diǎn)，保證彈簧變形時(shí)兩端卷耳間的距離有改變的可能。

有的鋼板彈簧后端與車(chē)架之間采用滑板式連接滑板式連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝便利，不須潤(rùn)滑，廣泛應(yīng)用于貨車(chē)。

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貨車(chē)后懸架所受載荷因汽車(chē)裝載量不同在很大范圍內(nèi)變化，要求懸架剛度可變，一般采用加置加副彈簧的方式以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。副鋼板彈簧總成一般裝在主鋼板彈簧總成上方，當(dāng)后懸架負(fù)荷較小時(shí)，僅由主鋼板彈簧起作用。在負(fù)荷增加到一定程度時(shí)，副鋼板彈簧總成與車(chē)架上的支架接觸，開(kāi)始起作用。此時(shí)，主、副鋼板彈簧一起工作，一起承受載荷而使懸架剛度增大，保證車(chē)身振動(dòng)頻率不致因載荷增加而變化過(guò)大。這種結(jié)構(gòu)形式的懸架，其主要缺點(diǎn)是剛度的增加很突然，對(duì)汽車(chē)行駛平順性不利。為提高汽車(chē)的平順性，有的輕型汽車(chē)上采用將副簧置于主簧下面的漸變剛度鋼板彈簧

[10]

。

2汽車(chē)后懸架鋼板彈簧的設(shè)計(jì)及分析

2.1鋼板彈簧的布置方案及材料選擇

鋼板彈簧在汽車(chē)上可以縱置或者橫置。后者由于要傳遞縱向力，必需設(shè)置附加的導(dǎo)向傳力裝置，使結(jié)構(gòu)繁雜、質(zhì)量加大，所以只在少數(shù)輕、微型車(chē)上應(yīng)用?？v置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故在汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。

縱置鋼板彈簧又有對(duì)稱式與不對(duì)稱式之分。鋼板彈簧中部在車(chē)橋上的固定中心至鋼板彈簧兩端卷耳中心之間的距離若相等，則為對(duì)稱式鋼板彈簧；若不相等，則稱為不對(duì)稱式鋼板彈簧。多數(shù)狀況下汽車(chē)采用對(duì)稱式鋼板彈簧。由于整車(chē)布置上的原因，或者鋼板彈簧在汽車(chē)上的安裝位置不動(dòng)，又要改變軸距或者通過(guò)變化軸距達(dá)到改善軸荷分派的目的時(shí)，采用不對(duì)稱式鋼板彈簧。

根據(jù)鋼板彈簧的工作狀況和GB/T1222-1984，選擇60Si2Mn作為鋼板彈簧的材料。高溫回火后有良好的綜合力學(xué)性能。用60Si2Mn制鋼板彈簧，熱處理：870℃油浴淬火、440℃中溫回火，再經(jīng)表面噴丸處理。

我們此次研究的CA1092載貨汽車(chē)后懸掛系統(tǒng)鋼板彈簧擬采用縱置對(duì)稱式鋼板彈簧。

2.2設(shè)計(jì)已知參數(shù)后軸荷：6175kg后軸非簧載質(zhì)量：945kg汽車(chē)軸距：4100mm

1）后懸架簧載質(zhì)量=6175-945=5230kg

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2）每副鋼板彈簧載荷:Pc=5230?9.8?2?25627N2.3鋼板彈簧主要參數(shù)的確定

懸架的設(shè)計(jì)和主要參數(shù)的選擇首先取決于整車(chē)的一系列總布置參數(shù)，以及它們的關(guān)系。例如每副彈簧上的載荷就和整車(chē)重量、軸距、重心位置等參數(shù)有關(guān)；懸架的結(jié)構(gòu)布置和幾何參數(shù)也必需與整車(chē)總體布置相適應(yīng)。所以，確定懸架的主要性能參數(shù)也應(yīng)從整車(chē)出發(fā)來(lái)考慮。根據(jù)汽車(chē)的綜合性能要求，懸架應(yīng)首先考慮保證汽車(chē)有良好的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，這就是我們選擇懸架主要參數(shù)的基本依據(jù)。2.3.1前后懸架靜撓度和動(dòng)撓度的選擇

表2.1汽車(chē)懸架的偏頻、靜撓度和動(dòng)撓度滿載時(shí)偏頻n/Hz車(chē)型前懸架中、低級(jí)轎車(chē)高級(jí)客車(chē)載貨汽車(chē)越野汽車(chē)0.91~1.120.98~1.2920~3015~268~115~85~96~136~97~136~810~141.29~1.891.51~2.041.67~2.236~117~151.02~1.44后懸架1.18~1.58滿載靜撓度f(wàn)c/㎝前懸架12~24后懸架10~18滿載動(dòng)撓度f(wàn)d/㎝前懸架8~11后懸架10~141.39~2.04前后懸架靜撓度的匹配對(duì)汽車(chē)行駛平順性有很大影響，一般希望前、后懸架的靜撓度值以及振動(dòng)頻率值都比較接近，這樣可以減少共振機(jī)遇，同時(shí)希望后懸架的靜撓度f(wàn)c2比前懸架的fc1小一些，以減少車(chē)身縱向角振動(dòng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般取

fc2?(0.7~0.9)fc1。貨車(chē)后懸架的動(dòng)撓度的變化范圍是：6～9cm,滿載動(dòng)撓度選取fd?6.5cm。

對(duì)于我們要研究的CA1092型載貨汽車(chē)的前懸架系統(tǒng),選取靜撓度為

fc1?8.75cm。后懸架系統(tǒng)，選取靜撓度f(wàn)c2?0.8?fc1?7cm，由公式n?5得滿載偏頻為n?5fHz,

7?1.89Hz。

2.3.2鋼板彈簧滿載弧高的選擇

滿載弧高fa是指鋼板彈簧裝到車(chē)軸上，汽車(chē)滿載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端(不包括卷耳孔半徑)連線間的最大高度差?；「遞a用來(lái)保證汽車(chē)具有給定的高度。它直接影響車(chē)身高度。一般希望它等于零，可使彈簧滿載時(shí)在對(duì)稱位置工作，但考

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慮到彈簧在使用中會(huì)產(chǎn)生塑性變形，要由fa給予補(bǔ)償。有時(shí)為了車(chē)架具有一定高度，而又不使動(dòng)撓度值過(guò)小，可能給予一定的fa值進(jìn)行補(bǔ)償。尋常取fa?10~20mm。在此我們選取fa?15mm。2.3.3鋼板彈簧長(zhǎng)度的確定

系鋼板彈簧伸直后兩卷耳中心線間的距離。它是鋼板彈簧的主要參數(shù)之一。要合理的確定彈簧長(zhǎng)度，必需考慮多方面的因素。增加鋼板彈簧長(zhǎng)度L能顯著降低彈簧應(yīng)力，這不僅提高了彈簧的強(qiáng)度，而且隨L的增長(zhǎng)，彈簧變形時(shí)應(yīng)力變化幅度減小，從而使彈簧使用壽命得以提高。因此，原則上在總布置許可的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些。一般取鋼板彈簧長(zhǎng)度為（0.35～0.45）倍的軸距[12]。

CA1092的軸距為4100mm，則

主簧長(zhǎng)度是：L=0.4?4100?1640mm。副簧長(zhǎng)度為：1200mm。

2.3.4懸架主、副鋼板彈簧的剛度分派

設(shè)計(jì)主、副鋼板彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，首先應(yīng)確定主、副簧之間的剛度分派以及副簧開(kāi)始參與工作時(shí)的載荷。

設(shè)副簧開(kāi)始作用時(shí)的懸架撓度f(wàn)a等于汽車(chē)空載時(shí)懸架的撓度f(wàn)o；副簧即將起作用時(shí)的撓度f(wàn)k等于滿載時(shí)的懸架撓度f(wàn)c，由此可到以下等式，即

fo?p0pkpcp；fa?；fk?k；fc?（式2.1）

cmcmcm?cacm?ca式中p0汽車(chē)空載時(shí)懸架上的載荷；pk副簧起作用時(shí)懸架上的載荷；pc汽車(chē)滿載時(shí)懸架上的載荷；cm、ca分別為主、副簧的剛度。根據(jù)上述假設(shè)，即fa?f0，fk?fc。則

pkppkpc?0?cm?cacm；cmcm?ca（式2.2）

經(jīng)整理后，可得：

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ca???1（式2.3）

cmpk?其中??pcp0

p0?pc（式2.4）

又pc=25627N；空載時(shí)整車(chē)質(zhì)量為M?4300kg，CA1092型貨車(chē)在空載時(shí)的軸荷分派范圍為：前軸為50%～59%；后軸為41%～50%。所以，空載時(shí)懸架載荷

p0?（0.45M-945）?9.8?2?4851N。則

ca?256274851?1?1.30cmpk?p0?pc?11149N懸架總體剛度為c?pcfc?2562770?366.1N?mm?1剛度：

，不難得到主、副彈簧的

Cm?159.87N/mmCa?206.23N/mm

汽車(chē)后鋼板彈簧在空載、滿載和副簧起作用時(shí)的載荷分別為：

p0?4581NPK?11149N

PC?25627N

2.3.5鋼板彈簧所需的總慣性矩的計(jì)算

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)于鋼板彈簧

J0??(L?Ks)3C48E（式2.5）

式中?—撓度增大系數(shù)，??1.5/[1.04?(1?0.5?n1/n)]；n1—與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)；n—鋼板彈簧總片數(shù)；L—鋼板彈簧長(zhǎng)度，mm；

K.s—鋼板彈簧非工作部分長(zhǎng)度，s是U型螺栓中心距，s?132mm，k非

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工作長(zhǎng)度系數(shù)，如剛性?shī)A緊，取k?0.5；撓性加緊，取k?0；

E—彈簧材料彈性模量，取E?2.1?105MPa,材料為60Si2Mn。（1）主簧：

取n1?2，n?14則

??1.5/[1.04?(1?0.5?2/14)]?1.346

可得

1.346?(1640?0.5?132)3?159.874?83246.44mmJ0?548?2.1?10（2）副簧：

取n1'?1，n'?8。則

?'?1.5/[1.04?(1?0.5?1/8)]?1.357

可得

1.357?(1200?0.5?132)3?206.234J0'??40486.50mm548?2.1?102.3.6根據(jù)強(qiáng)度要求計(jì)算鋼板彈簧總截面系數(shù)

截面系數(shù)指機(jī)械零件和構(gòu)件的一種截面幾何參量，舊稱截面模量。它用以計(jì)算零件、構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，或者用以計(jì)算在給定的彎矩或扭矩條件下截面上的最大應(yīng)力。

根據(jù)材料力學(xué)，在承受彎矩Μ的梁截面上和承受扭矩T的桿截面上,最大的彎曲應(yīng)力σ和最大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ出現(xiàn)于離彎曲中性軸線和扭轉(zhuǎn)中性點(diǎn)垂直距離最遠(yuǎn)的面或點(diǎn)上。σ和τ的數(shù)值為Jxx和J0分別圍繞中性軸線XX和中性點(diǎn)O的截面慣性矩;Jxx/y和J0/y分別為彎曲和扭轉(zhuǎn)的截面模量。一般截面系數(shù)的符號(hào)為W，單位為mm3。截面的抗彎和抗扭強(qiáng)度與相應(yīng)的截面系數(shù)成正比[13]。

計(jì)算公式：

?c?pw?(L?ks)4W0?[?c]（式2.6）

即pw?(L?ks)4[?c]?W0（式2.7）

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對(duì)于60Si2Mn彈簧鋼，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦許用靜應(yīng)力[?c]在以下范圍內(nèi)

22350~450N/mm450~550N/mm取值：前彈簧和平衡懸架彈簧為；后主簧為；后

副簧為220~250N/mm。

（1）主簧：

取[?c]?500N/mm2

2pw?pc?pk2?25627?111492?20232.5N

得

W0?.32mm3取W0=1578120232.5?(1640?0.5?132)?15781.32mm3

4?500（2）副簧：

取[?c']?240N/mm2

pw'?pk2?111492?5574.5N

得

W0'?5574.5?(1200?0.5?132)?6584.88mm3

4?240.88mm3W0'=65842.3.7鋼板彈簧平均厚度的計(jì)算

計(jì)算公式：

hp?2Jo/Wo（式2.8）

（1）主簧：

.44mm4W0=15781.32mm3J0?83246hp?2?83246.4415781.32?10.55mm

（2）副簧：

.05mm4W0'=6642.95mm3J0'?41567hp'?2?41567.056642.95?12.62mm

2.3.8驗(yàn)算在最大動(dòng)行程時(shí)的最大應(yīng)力

計(jì)算公式：

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6E(fc?fd)?max??1000MPa（式2.9）2?(L?ks)（1）主簧：

E?2.1?105MPahp?10.55mmfc?pwcm

fd?65mm??1.346代入公式計(jì)算得：

?max6?2.1?105?10.55?(20232.5?159.87?65)??759.10MPa?1000MPa21.346?(1640?0.5?132)（2）副簧：

E?2.1?105MPa、hp'?12.62mm、fc'?pw'cm'、fd'?65mm、?'?1.357

代入公式計(jì)算得：

?max6?2.1?105?12.62?(5574.5?206.23?65)??838.60MPa?1000MPa21.357?(1200?0.5?132)主、副簧都符合要求，能夠滿足鋼板彈簧對(duì)疲乏壽命的要求。2.3.9鋼板彈簧葉片斷面形狀及尺寸的選擇

（1）葉片寬度b

推薦片寬與片厚的比值b/hp在6～10范圍內(nèi)選取。主簧：b?(63.3mm~105.5mm)副簧：b?(75.72mm~126.2mm)（2）葉片厚度h

當(dāng)鋼板彈簧長(zhǎng)度受限不能加長(zhǎng)時(shí)，為了加強(qiáng)主片，常將主片的厚度加厚，這是在主片中可能引起較大的應(yīng)力，為了減小主片應(yīng)力，鋼板彈簧其余葉片尋常選取較小的厚度，且給較大的曲率，以使它們承受較大的負(fù)荷來(lái)減輕主片的負(fù)荷。整幅彈簧的各片雖可用不等厚度，但不能超過(guò)三組，為使葉片壽命相差不多，最厚片與最薄片厚度之比應(yīng)小于1.5。

參考葉片寬度范圍和彈簧鋼片斷面扁鋼的尺寸規(guī)格（GB/T1222-1984），最終確定葉片厚度和寬度：

主簧葉片斷面尺寸(mm)：1～4片取b?h?100?12，

5～14片取b?h?100?11；

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副簧葉片斷面尺寸(mm)：b'?h'?100?12。

表2.2扁剛尺寸規(guī)格

厚5度寬度45505560(63)657075(76)80901001201401606(6.5)789(9.5)101112(13)141618202530×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××（3）葉片斷面形狀選擇葉片斷面除普遍應(yīng)用的矩形斷面(圖2.1a)外，為了提高鋼板彈簧耐疲乏強(qiáng)度和減輕重量，采用了特別形狀的斷面，常見(jiàn)的是單面帶拋物線邊緣的（圖2.1c）和單面帶槽的（圖2.1b、d）。

圖2.1所示為目前采用的常見(jiàn)斷面形狀。

圖2.1鋼板彈簧葉片的斷面形狀a)矩形斷面b)單面有單槽的斷面

c)單面有拋物線邊緣的斷面d)單面有雙槽的斷面

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矩形斷面的中性線位于斷面中央，葉片的上下表面的拉、壓應(yīng)力的絕對(duì)值相等。使用經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，鋼板彈簧葉片的疲乏裂紋往往是從受拉的一面開(kāi)始，特別是在斷面棱角處有較大的應(yīng)力集中。因此矩形斷的葉片呈受拉應(yīng)力的一面易破壞。

目前廣泛采用的矩形斷面大致有兩種，一種是兩邊帶圓弧的平扁鋼，另一種是具有一定的凹度的雙凹扁鋼。實(shí)踐證明，雙凹扁鋼的葉片在彎曲變形時(shí)，整個(gè)斷面的兩邊都略向上翹曲，下表面趨于平面，上表面則使原有的凹度大大增加，則各片間只有兩棱邊接觸。棱邊產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力和應(yīng)力集中,成為早期疲乏破壞的起點(diǎn)。改成平扁鋼后，鋼板彈簧的疲乏壽命有大幅提高?？梢?jiàn)改進(jìn)葉片斷面形狀是提高彈簧疲乏壽命的一條重要途徑，因此近年來(lái)出現(xiàn)了一些特別斷面的葉片[14]。

矩形斷面是最常見(jiàn)的最簡(jiǎn)單的斷面形式。在此我們選取矩形斷面鋼板彈簧為此次設(shè)計(jì)的彈簧類(lèi)型。

前面初選的主、副簧總片數(shù)：

主簧：n1?2n?14；副簧：n1'?1n'?8。2.4鋼板彈簧的設(shè)計(jì)及校核2.4.1鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定

為了盡量降低彈簧鋼材的消耗，減輕鋼板彈簧自重，在選擇各葉片長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)使沿彈簧長(zhǎng)度變化的應(yīng)力均勻分布，以保證各片有一致的疲乏強(qiáng)度（各片具有大致一致的使用壽命）。

確定鋼板彈簧葉片各片長(zhǎng)度的方法，有計(jì)算法和作圖法兩種。目前大多數(shù)采用簡(jiǎn)單而實(shí)用的作圖法。該法是基于實(shí)際鋼板彈簧各葉片的展開(kāi)圖接近梯形梁形狀這一原則來(lái)做圖的，其具體做法如下：

如圖2.2所示，先將各葉片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪出，再沿橫坐標(biāo)繪出主片長(zhǎng)度的一半L/2和U型螺栓中心距的一半S/2，得A、B兩點(diǎn)。連接A、B兩點(diǎn)就得到三角形的鋼板彈簧展開(kāi)圖。AB線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即決定了各片長(zhǎng)度。

假使如為了加強(qiáng)主片而將其次片、第三片做的與主片等長(zhǎng)時(shí)，存在與主片等長(zhǎng)的重疊片，就從B點(diǎn)到最終一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)連一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即決定了各片長(zhǎng)度。各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定[15]。

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圖2.2確定鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的作圖法

1）后主簧各葉片長(zhǎng)度的確定

根據(jù)作圖法要求繪制出相關(guān)圖形，見(jiàn)圖2.3。

圖2.3主簧長(zhǎng)度計(jì)算-作圖法

各片長(zhǎng)度確定見(jiàn)下表：

表2.3作圖法確定的主簧各片長(zhǎng)度

第k片h/mmh3/mm3長(zhǎng)度/mm第20頁(yè)共38頁(yè)

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123456789101112131412121212111111111111111111111728172817281728133113311331133113311331133113311331133116401640150013601220111010008907806705704603502402)后副簧各葉片長(zhǎng)度的確定根據(jù)作圖法要求繪制出相關(guān)圖形，見(jiàn)圖2.4。

圖2.4副簧長(zhǎng)度計(jì)算-作圖法

各片長(zhǎng)度確定見(jiàn)下表：

表2.4作圖法確定的副簧各片長(zhǎng)度

第k片h'/mmh'3/mm長(zhǎng)度/mm第21頁(yè)共38頁(yè)

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12345678121212121212121217281728172817281728172817281728120010709308006705304002702.4.2鋼板彈簧剛度的校核

由于前面求得的慣性矩所確定的片厚、片寬等很難保證所要求的的靜撓度和彈簧剛度。這是由于撓度系數(shù)?是在很大范圍(1~1.5)內(nèi)選取的；在各片長(zhǎng)度尚未確定的狀況下，?值不可能選得確鑿；另外選定各片厚度和片寬之后，計(jì)算出的實(shí)際慣性矩與理論要求的數(shù)值也有所區(qū)別；同時(shí)葉片端部形狀對(duì)剛度的影響也未予以考慮。為此，需要更確切的公式對(duì)剛度進(jìn)行計(jì)算。如不能滿足要求，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整各片長(zhǎng)度或改變斷面尺寸時(shí)期剛度接近所要求的理論值[16]。

一般用共同曲率法進(jìn)行計(jì)算，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一致，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。

驗(yàn)算鋼板彈簧實(shí)際剛度公式為：c?6?En（式2.11）

?ak?13k?1(Yk?Yk?1)k其中ak?1?l1?lk?1，Yk?1葉片的慣性矩之和。

?Ji?1ki，Yk?1?1?J,?Jii?1i?1k?1i為第一片到第k片處所有

式中?為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，??(0.90~0.94)；E為材料彈性模量；l1、lk?1為主片

和第k?1片的一半長(zhǎng)度。

主簧剛度計(jì)算：

為計(jì)算便利，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，尋常采用列表法計(jì)算。

3剛度公式中?ak?1(Yk?Yk?1)部分計(jì)算見(jiàn)下表：

k?1i第22頁(yè)共38頁(yè)

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表2.5主簧相關(guān)計(jì)算

葉片序號(hào)3ak?1lkak?1?l1?lk?1?Ji?1kiYk?10?5mm?46.9443.4722.3151.7631.4561.2531.1000.9810.8840.8050.7390.6830.6350.593(Yk?Yk?1)?10?5mm?43.4721.1570.5790.2800.2030.1530.1190.0970.0790.0660.0560.0480.0420.593mmmm?105mm303.43027.44092.610186.096327.680527.334795.0701140.8411531.3042053.7902810.1143430.0005513.6803ak?1(Yk?Yk?1)mm4mm?1k12345678910111213148208207506806105555004453903352852301751200701402102653203754304855355906557008201440028800432005760068692797849087610196811306012415213524414633615742816852003.96915.88825.93137.77750.13562.75477.12290.126101.066115.012134.885144.063269.612選擇修正系數(shù)??0.92，將數(shù)據(jù)代入剛度公式，得后主簧實(shí)際總成自由剛度?ak?1n3k?1(Yk?Yk?1)?4128.337

c?6?E?ak?1n3k?1(Yk?Yk?1)6?0.92?2.1?105??280.791N?mm?1

5313.618副簧剛度計(jì)算：

3剛度公式中?ak?1(Yk?Yk?1)部分計(jì)算見(jiàn)下表：

k?1i表2.6副簧相關(guān)計(jì)算

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葉片序號(hào)lkak?1?l1?lk?1?Ji?1kiYk?10?5mm?4(Yk?Yk?1)?10?5mm?43ak?1mmmm?105mm33ak?1(Yk?Yk?1)mm4mm?1k12345678600535465400335265200135651352002653354004656001440028800432005760072000864001008001152006.9443.4722.3151.7361.3891.1570.9920.8683.4721.1570.5790.3470.2320.1650.1240.8682.74624.60480.00186.0969.53428.46746.32064.575375.95487.221640.0001005.4462160.000105.60124.6751874.880選擇修正系數(shù)??0.92，將數(shù)據(jù)代入剛度公式，得后副簧實(shí)際總成自由剛度?ak?1n3k?1(Yk?Yk?1)?2341.272

c?6?E?ak?1n3k?1(Yk?Yk?1)6?0.92?2.1?105??495.115N?mm?1

2964.3432.5鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高和曲率半徑計(jì)算2.5.1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行螺栓夾緊前，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態(tài)下的弧高

Ho（圖2.5）。

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，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Rk。各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是：使各片厚度一致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[17]。

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圖2.5鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高

鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高Ho可用下式計(jì)算：Ho?fc?fa??f（式2.12）式中fc—靜撓度；

fa—滿載弧高；它的大小直接影響車(chē)輛的高度，一般希望它等于零，可是

彈簧滿載時(shí)處于對(duì)稱位置工作，但考慮到彈簧在使用中會(huì)產(chǎn)生塑性變形，必需給予補(bǔ)償。尋常取fa?(10~20)mm；

?f—由于U形螺栓夾緊后引起的鋼板彈簧總成弧高的變化量，?f?取fa?15mm

1）后主簧在自由狀態(tài)下的總成弧高

?f?132?(3?1640?132)(15?70)?9.99mm22?1640s(3L?s)(fa?fc)（式2.13）22LHo?70?15?11.47?94.99mm

2）后副簧在自由狀態(tài)下的總成弧高

?f?132?(3?1200?132)(15?70)?13.51mm22?1200H'o?70?15?13.51?98.51mm

2.5.2鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑

根據(jù)上邊算得的彈簧總成弧高Ho,就可按幾何關(guān)系近似計(jì)算出鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑R0(等于裝配后的主片曲率半徑)。其計(jì)算公式為：

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L2R0?（式2.14）

8H01）后主簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑

16402R0??3539.32mm

8?94.992）后副簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑

12023R0'??1827.23mm

8?98.512.5.3鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下曲率半徑的計(jì)算

前已提及，為了加強(qiáng)主片及卷耳的強(qiáng)度，將主片盡量選的厚些。同時(shí)為了使各片應(yīng)力趨近于接近，葉片應(yīng)采用不同的曲率半徑。當(dāng)用U型螺栓將彈簧各片夾緊時(shí)，主片曲率半徑減小是指具有負(fù)的預(yù)應(yīng)力。在彈簧承受負(fù)荷后，主片應(yīng)力值相對(duì)減小些，使主片壽命與其他各片大致一致。

對(duì)于這種葉片厚度不同的鋼板彈簧,各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑,是根據(jù)由這些曲率半徑所引起的預(yù)應(yīng)力應(yīng)保證各片應(yīng)有一致的疲乏強(qiáng)度來(lái)確定的。鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力的確定：

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的貼和；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。

選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為以下兩種狀況：對(duì)于片厚一致的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過(guò)大；對(duì)于片厚不一致的鋼板彈簧，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)值逐漸遞增至正值。設(shè)計(jì)時(shí)可取第一、二片的預(yù)應(yīng)力為?80~?150MPa，最終幾片的預(yù)應(yīng)力取

20~60MPa。

在確定各片的預(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

?Mi???0iWi?0（式2.15）

i?1i?1nn第26頁(yè)共38頁(yè)

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bh式中Wi—鋼板彈簧第k片的截面系數(shù)，Wi?i；

62?0i—鋼板彈簧第i片的預(yù)應(yīng)力；主簧預(yù)應(yīng)力確定：

各葉片預(yù)應(yīng)力值確定如下表：

表2.7主簧各片預(yù)應(yīng)力

葉片序號(hào)i預(yù)應(yīng)力1234567891011121314?0iMPa-140-120-80-3020303040405050606060100?122Mi???0iWi?(?140?120?80?30)???6i?1i?1nn(20?30?30?40?40?50?50?60?60?60)?所選預(yù)應(yīng)力符合要求。副簧預(yù)應(yīng)力確定：

各片預(yù)應(yīng)力值確定如下表：

表2.8副簧各片預(yù)應(yīng)力

葉片序號(hào)k預(yù)應(yīng)力?0i'1-1202-803-30430540100?11?062

640760860MPa副簧各葉片等厚，Wi'值一致。?M'???ii?1i?1nn0i'Wi'?-120-80-30?30?40?40?60?60?0

所選預(yù)應(yīng)力符合要求。

2.5.4鋼板彈簧各葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑和弧高的計(jì)算

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(圖2.6)，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Rk。各片自由狀態(tài)下做成不同曲

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率半徑的目的是：使各片厚度一致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2.6鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下的曲率半徑

鋼板彈簧各片的預(yù)應(yīng)力?0i確定之后，可用下式計(jì)算各葉片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri：

Ri?R0（式2.16）

[1?(2?0iR0)(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)下的曲率半徑；E為材料彈性模量(MPa)，取E?2.1?105MPa；hi為第i片的彈簧厚度（mm）；R0?3157.70mm，R0'?1634.88mm。

各片弧高Hi為

LHi?i（式2.17）

8Ri式中Li—第i片彈簧長(zhǎng)度。

列表計(jì)算彈簧各葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑和弧高：1）主簧計(jì)算見(jiàn)下表：

表2.9主簧各葉片自由狀態(tài)下的Ri和Hi

葉曲率計(jì)算弧高計(jì)算2第28頁(yè)共38頁(yè)

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片序號(hào)hi?0iMPa2?0iR0?10N?mm?1Ehi?10N?mm25.225.225.225.223.123.123.123.123.123.123.123.123.123.1?1?5?5mm2?0iR0EhiRiLiHimmmmmm12345678910111213141212121211111111111111111111-140-120-80-3020303040405050606060-9.910-8.494-5.663-2.1241.4162.1242.1242.8312.8313.5393.5394.2474.2474.247-0.393-0.337-0.225-0.0840．0610.0920.0920.1230.1230.1530.1530.1840.1840.1845830.845338.344566.863863.893335.833241.143241.143151.673151.673069.663069.662989.292989.292989.29164016401500136012201110100089078067057046035024057.65962.97861.58559.83655.77347.51838.56731.41624.13018.28013.2308.8485.1222.4092）副簧計(jì)算見(jiàn)下表：

表2.10副簧各片自由狀態(tài)下的Ri'和Hi'

曲率計(jì)算葉片序號(hào)1弧高計(jì)算hi'?0i'MPa2?0i'R0'?10?5N?mm?1Ehi'?10?5N?mm23.1?1mm122?0i'R0'Ehi'-0.190Ri'Li'Hi'mm2255.84mm1200mm79.79-120-4.385第29頁(yè)共38頁(yè)

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234567812121212121212-80-303040406060-2.924-1.0961.0961.4621.4622.1932.19323.123.123.123.123.123.123.1-0.127-0.0470.0470.0630.0630.0950.0952093.051917.351745.211718.941718.941668.701668.70107093080067053040027068.3856.3945.8432.6420.4311.995.462.5.5鋼板彈簧總成弧高的校核

由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力?0i后用式

Ri?R0計(jì)算的，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式

[1?(2?0iR0)(Ehi)]R0?L2(8H0)計(jì)算的結(jié)果會(huì)不同。因此，需要校核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)，可得計(jì)算公式：

1?R0?(JL)iii?1nRi?JLii?1n（式2.18）

i對(duì)于葉片厚度相等的彈簧，則

n1??(LiRi)R0i?1（式2.19）?L

ii?1n鋼板彈簧總成弧高為：

H?L2(8R0)（式2.20）

按上式求出的弧高值應(yīng)與按式2.13所得的弧高相接近。如相差較多，則應(yīng)調(diào)整各片預(yù)應(yīng)力重新進(jìn)行計(jì)算。1）主簧總成弧高校核：

計(jì)算見(jiàn)下表：

表2.11主簧總成弧高核算

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葉片hiLiJimm4RiJiLi?10mm236.160236.160216.000195.84135.319123.118110.91798.71086.51574.31463.22351.02238.82126.6201692.73955JiLiRi?1041R0?10?4R0H序mmmm號(hào)1234567891011121314∑12121212111111111111111111111640164015001360mmmm0.4050.4420.4730.5070.4060.3800.3424mmmmmm?1144001440014400144005830.845338.344566.863863.89122011091.73335.83111011091.73241.1410008907806705704603502403241.1411091.711091.73151.6711091.73151.6711091.73069.6611091.73069.6611091.72989.2911091.72989.2911091.72989.29--2.5883863.9987.000.3130.2750.2420.2060.1710.1300.0894.381--2）副簧總成弧高校核：計(jì)算見(jiàn)下表：

表2.12副簧總成弧高計(jì)算

葉片序號(hào)hi'Li'Ri'mmmmmmLi'Ri'1R0'?10?4R0'H'mmmmmm?1第31頁(yè)共38頁(yè)

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12345678∑1212121212121212--1200107093080067053040027058702255.842093.051917.351745.211718.941718.941668.701668.70--0.5320.5110.4850.4585.2570.3900.3080.2400.1623.086--1902.2394.63以上所計(jì)算出的實(shí)際弧高與按式2.12所得的弧高比較接近，所以彈簧各片所選的預(yù)應(yīng)力值適合。2.6葉片端部形狀的選擇

常見(jiàn)的葉片端部形狀有三種：矩形、梯形、橢圓形（圖2.7）。

圖2.7鋼板彈簧葉片端部形狀

葉片端部為矩形的鋼板彈簧（圖2.7a），由于制造簡(jiǎn)單，廣泛地用在貨車(chē)上。但是這種端部形狀會(huì)引起壓應(yīng)力的集中，因而增加了片間的摩擦和磨損，且端部剛性大，很難使彈簧接近等應(yīng)力梁。所以它的實(shí)際重量比理論上所需的大。葉片端部切去兩角呈梯形狀（圖2.7b）的鋼板彈簧比較接近等應(yīng)力梁，在某種程度上戰(zhàn)勝了端部為矩形的缺點(diǎn)。

圖2.7c所示為橢圓形的端部形狀，并且將葉片端部壓延成沿長(zhǎng)度方向逐漸減薄的變斷面，改善了應(yīng)力延彈簧長(zhǎng)度的分布，使其更接近等應(yīng)力梁。增加了端部的彈

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性，減小了片間的摩擦，同時(shí)也減輕了重量。實(shí)踐證明，葉片端部壓延的鋼板彈簧叫端部未壓延的可減輕重量約30%。這種端部形狀的彈簧在國(guó)外已廣泛采用。

為了減小鋼板彈簧葉片端部的摩擦和接觸疲乏，以便延長(zhǎng)彈簧的使用壽命和消除噪聲，有時(shí)在葉片端部裝有襯墊和鑲快（其材料是摩擦系數(shù)很小的青銅、塑料等）。有的采用鋼板彈簧套將鋼板彈簧裝在護(hù)套內(nèi)，以保護(hù)葉片之間的潤(rùn)滑劑。還有將葉片端部帶尖角的