鋼板彈簧設計說明書

-PAGE1設計專用紙實用文檔PagePAGE1 PAGE目錄一、確定斷面尺寸及片數(shù) 2二、確定各片鋼板彈簧的長度 4三、鋼板彈簧的剛度驗算 5四、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算。 71.鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 72.鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 8五、鋼板彈簧總成弧高的核算 10六、鋼板彈簧的強度驗算 11二、（修改）確定各片彈簧長度 12三、（修改）鋼板彈簧的剛度驗算 14四、（修改）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算 15五、（修改）鋼板彈簧總成弧高的核算 17六（修改）鋼板彈簧的強度驗算 18七、鋼板彈簧各片應力計算 18八，設計結果 20九、參考文獻 21十、附總成圖 21計算過程與步驟條件參數(shù)：總重QUOTEGaGa=13100N自重QUOTEG0G0=6950N空車軸載荷QUOTEG01G01=4250NQUOTEG02G02=2700N滿載軸載荷QUOTEG1G1=5750NQUOTEG2G2=7350N非簧載質量QUOTEGaGa=690NQUOTEGbGb=2010N鋼板彈簧長度L=1000~1100nn滿載時偏頗n=1.5-1.7Hz彈性模量E=2.06QUOTE×105×105N/QUOTEmm2mm2S=8-15%L葉片端部形狀：壓延一、確定斷面尺寸及片數(shù)有關鋼板彈簧的剛度、強度等，可按等截面簡支梁的計算公式計算，但需引入撓度增大系數(shù)δ加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需要的總慣性矩。對于對稱鋼板彈簧：[1]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效長度系數(shù)（如剛性夾緊，取k=0.5，撓性夾緊，取k=0）；c為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm），；δ為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長的重疊片數(shù)，再估計一個總片數(shù),求得，然后用初定δ）E為材料的彈性模量。，其中，，取，則，去L=1050mm取k=0.5，取滿載偏頗n=1.6HZ且QUOTEFWFW=(QUOTEG2-GU2G2-GU2)/2=2670N,QUOTEfc=5n2則=27.34N/mm將其代入求得；=；初取，取b=9=50.13mm.片寬b對汽車性能的影響：1）.增大片寬，能增加卷耳強度，但當車身受側向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應力增大。2）.前懸架用寬的彈簧片，會影響轉向輪的最大轉角。片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦彈簧的總厚3）.推薦片寬與片厚的比值b/在6~10范圍內選取。4）.推薦h在（1+0.1）QUOTEhphp范圍左右取，取h=6mm。查表：b和h應符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸，選取b=65mm，h=6mm。二、確定各片鋼板彈簧的長度有作圖法如圖1.得出：且QUOTEL1=L2L1=L單位：mm圖1.各片彈簧長度應盡可能將鋼板彈簧取長些,原因如下：1,增加鋼板彈簧長度L能顯著降低彈簧應力，提高使用壽命降低彈簧剛度，改善汽車平順性。2,在垂直剛度c給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。3,剛板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉角時，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。4,增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時，能減少車輪扭轉力矩所引起的彈簧變形。各片彈簧長度,如表1.表1：單位：mm序列號單邊L/2取整圓整雙邊L15255255251050252552552510503457.24584609204389.23903907805322.93233256506254.62552555107187.51881903808120.0120120240三、鋼板彈簧的剛度驗算在此之前，有關撓度增大系數(shù)、總慣性矩、片長和葉片端部形狀等的確定都不夠準確，所以有必要驗算剛度。用共同曲率法計算剛度的前提是，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，同時該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。剛度驗算公式為[1]其中，；；。式中，為經(jīng)驗修正系數(shù)，＝0.90～0.94；E為材料彈性模量；、為主片和第()片的一半長度。則當,k=1，QUOTEa2a2=QUOTEl1-l2l1-k=2，QUOTEa3a3=QUOTEl1-l3l1-k=3，QUOTEa4a4=QUOTEl1-l4l1-k=4，QUOTEa5a5=QUOTEl1-l5l1-k=5，QUOTEa6a6=QUOTEl1-l6l1-k=6，QUOTEa7a7=QUOTEl1-l7l1-k=7,QUOTEa8a8=QUOTEl1-l8l1-k=8,QUOTEa9a9=QUOTEl1-l9l1-其中：-=QUOTE=12kbh3-12（k+1）bh當k=1，QUOTEY1-Y1-QUOTEY2Y2=QUOTE6bh36bk=2，QUOTEY2-Y3=k=3，QUOTEY3-Y4Y3-Y4=QUOTEk=4，QUOTEY4-Y5Y4-Y5=QUOTEk=5，QUOTEY5-Y6=Y5-Y6=k=6，QUOTEY6-Y7=Y6-Y7=k=7，QUOTEY7-Y8Y7-Y8=QUOTEk=8，QUOTEY8-Y9Y8-Y9=QUOTE代入數(shù)據(jù)可得：=18355.7取=0.93因此，（符合）四、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算。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（圖2），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高，用下式計算[1]式中，為靜撓度；為滿載弧高；為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化，；s為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑。取=20mm，則15.6mm=97.66+20+15.6=133.26mm因此，=1034.16mm2.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(圖4—7)，裝配后各片產(chǎn)生預應力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑各片自由狀態(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(4-1)[1]式中，為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm)；為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm)；為各片彈簧的預應力(N／)；正為材料彈性模量(N／)。在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑和各片彈簧預加應力的條件下，可以用式(4—1)計算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑。選取各片彈簧預應力時，要求做到：裝配前各片彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各片能很好貼和；為保證主片及與其相鄰的長片有足夠的使用壽命，應適當降低主片及與其相鄰的長片的應力。為此，選取各片預應力時，可分為下列兩種情況：對于片厚相同的鋼板彈簧，各片預應力值不宜選取過大。推薦主片在根部的工作應力與預應力疊加后的合成應力在300～350N／內選取。1～4片長片疊加負的預應力，短片疊加正的預應力。預應力從長片到短片由負值逐漸遞增至正值。在確定各片預應力時，理論上應滿足各片彈簧在根部處預應力所造成的彎矩之代數(shù)和等于零，即[1]或因此取各片預應力，QUOTE01=-50Mpa01=-50MpaQUOTE02=-35Mpa02=-35MpaQUOTE03=-20Mpa03=-20MpaQUOTE04=0Mpa04=0MpaQUOTE05=10Mpa05=10MpaQUOTE06=20Mpa06=20MpaQUOTE07=30Mpa07=30MpaQUOTE08=45Mpa08=45Mpa得：=1128.59mm同理：QUOTER2R2=1098.50mmQUOTER3R3=1069.97mmQUOTER4R4=1034.16mmQUOTER5R5=1017.17mmQUOTER6R6=1000.68mmQUOTER7R7=984.73mmQUOTER8R8=961.74mm如果第i片的片長為，則第i片彈簧的弧高為[1]則，五、鋼板彈簧總成弧高的核算由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑QUOTERiRi是經(jīng)選取預應力QUOTEσiσi后用式(4－1)計算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式QUOTER0=L2/(8H0)根據(jù)最小勢能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的QUOTER0R0為（5-1）[1]式中，為鋼板彈簧第i片長度。其中，=+++++++=1050+1050+920+780+650+510+380+240=5580mm因此，=，得，=1055.94mmQUOTE≈1034.16mm≈1034.16mm=（符合）鋼板彈簧總成弧高為==QUOTEH0H0（符合）六、鋼板彈簧的強度驗算(1)緊急制動時，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應力用下式計算（6-1）[1]式中，為作用在前輪上的垂直靜負荷；為制動時前軸負荷轉移系數(shù)，轎車：＝1.2～1.4，貨車：＝1.4～1.6；、為鋼板彈簧前、后段長度；為道路附著系數(shù)，取0.8；為鋼板彈簧總截面系數(shù)；c為彈簧固定點到路面的距離如下圖。其中，取c=300mm，QUOTEm1‘m1‘=1.20，=0.8則=<1000Mpa(符合)(2)汽車驅動時，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應力用下式計算（6-2）[1]式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負荷；m；為驅動時后軸負荷轉移系數(shù)，轎車：＝1.25～1.30，貨車：＝1.1～1.2；為道路附著系數(shù)；b為鋼板彈簧片寬；為鋼板彈簧主片厚度。其中，取QUOTEm2‘m2‘=1.25，QUOTEφ=0.8φ=0.8.則==1150Mpa>1000Mpa（不符合）問題：鋼板彈簧的強度驗算時，最大應力超標。二、（修改）確定各片彈簧長度修改：重選材料規(guī)格，取h=7mm，b=70mm由作圖法如圖4，確定各片長度，且QUOTEL1=L2L1=L圖4.各片彈簧長度各片彈簧長度如表2表2.序列號單邊L/2取整圓整雙邊L15255255251050252552552510503457.54584609204390.03903907805322.53233256506255.02552555107187.51881903808120.0120120240三、（修改）鋼板彈簧的剛度驗算由更改后的參數(shù)得[1]其中，；；。式中，為經(jīng)驗修正系數(shù)，＝0.90～0.94；E為材料彈性模量；、為主片和第()片的一半長度。則當,k=1，QUOTEa2a2=QUOTEl1-l2l1-k=2，QUOTEa3a3=QUOTEl1-l3l1-k=3，QUOTEa4a4=QUOTEl1-l4l1-k=4，QUOTEa5a5=QUOTEl1-l5l1-k=5，QUOTEa6a6=QUOTEl1-l6l1-k=6，QUOTEa7a7=QUOTEl1-l7l1-k=7,QUOTEa8a8=QUOTEl1-l8l1-k=8,QUOTEa9a9=QUOTEl1-l9l1-由-=QUOTE=12kbh3-12（k+1）bh當k=1，QUOTEY1-Y1-QUOTEY2Y2=QUOTE6bh36bk=2，QUOTEY2-Y3=k=3，QUOTEY3-Y4Y3-Y4=QUOTEk=4，QUOTEY4-Y5Y4-Y5=QUOTEk=5，QUOTEY5-Y6=Y5-Y6=k=6，QUOTEY6-Y7=Y6-Y7=k=7，QUOTEY7-Y8Y7-Y8=QUOTEk=8，QUOTEY8-Y9Y8-Y9=QUOTE代入數(shù)據(jù)可得：=10535.98取=0.93因此，（符合）四、（修改）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算1.鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高。取=20mm，則15.6mm=97.66+20+15.6=133.26mm因此，=1034.16mm2.鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定取各片預應力，QUOTE01=-50Mpa01=-50MpaQUOTE02=-35Mpa02=-35MpaQUOTE03=-20Mpa03=-20MpaQUOTE04=0Mpa04=0MpaQUOTE05=10Mpa05=10MpaQUOTE06=20Mpa06=20MpaQUOTE07=30Mpa07=30MpaQUOTE08=45Mpa08=45Mpa代入得：=1114.06mm同理：QUOTER2R2=1088.82mmQUOTER3R3=1064.71mmQUOTER4R4=1034.16mmQUOTER5R5=1019.54mmQUOTER6R6=1005.32mmQUOTER7R7=991.50mmQUOTER8R8=970.464mm3.計算各片弧高：則，五、（修改）鋼板彈簧總成弧高的核算根據(jù)最小勢能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的QUOTER0R0為式中，為鋼板彈簧第i片長度。代入數(shù)據(jù)得，=5.3003=1050+1050+920+780+650+510+380+240=5580mm因此，=，得，=1052.77mmQUOTE≈1034.16mm≈1034.16mm=（符合）鋼板彈簧總成弧高為==QUOTEH0H0（符合）六（修改）鋼板彈簧的強度驗算1.緊急制動時，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應力用下式計算其中，取c=300mm，QUOTEm1‘m1‘=1.20，=0.8則=<1000Mpa(符合)2.汽車驅動時，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應力用下式計算其中，取QUOTEm2‘m2‘=1.25，QUOTEφ=0.8φ=0.8.則==783.4Mpa<1000Mpa（符合）七、鋼板彈簧各片應力計算由應力計算公式[2]QUOTEPi=Pi-1li-QUOTEli+1=li-γQUOTEσi=li-li上式中，QUOTElili——片長的一半；P——作用在各片上力的大小，即載荷；QUOTEWiWi——單片截面系數(shù)；QUOTEγiγi——修正系數(shù)。（主片0.6~0.8，第二片0.7~0.9，其他1.0）其中，QUOTEWi=bh26=70×726=571.7Wi=bh26=70×726QUOTEl1=l2,P因此，取QUOTEγ1=0.6γ1=0.6QUOTEσ2=l2-l3P1/(WQUOTEP3P3=[1335(525-0.5105)-253.0571.7]/(460-0.5105)=1193NQUOTEσ3σ3=（460-390）1193/（571.70.7）=208.7MpaQUOTEP4P4=[1193(460-0.5105)-208.7571.7]/(390-0.5105)=1086.9NQUOTEσ4σ4=（390-325）1086.9/（571.71.0）=123.6MpaQUOTEP5P5=[1086.9(390-0.5105)-123.6571.7]/(325-0.5105)=1086.9NQUOTEσ5σ5=（325-255）1086.9/（571.71.0）=133.1MpaQUOTEP6P6=[1086.9(325-0.5105)-133.1571.7]/(42550.5105)=1086.9NQUOTEσ6σ6=（325-190）1086.9/（571.71.0）=123.6MpaQUOTEP7P7=[1086.9(255-0.5105)-123.6571.7]/(190-0.5105)=1086.8NQUOTEσ7σ7=（190-120）1086.8/（571.71.0）=133.1MpaQUOTEP8P8=[1086.8(190-0.5105)-133.1571.7]/(120-0.5105)=1086.6NQUOTEσ8σ8=（120-0）1086.6/（571.71.0）=228.1Mpa八，設計結果表3參數(shù)鋼板序號長度（mm）寬度（mm）厚度（mm）預應力（MPa）自由曲率（mm