【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 質(zhì)量； K（ K=Mg/f）為懸架剛度。 由此可見：懸架所受垂直載荷一定時(shí)，懸架剛度越小，汽車固有頻率越??；剛度一定時(shí)，簧載質(zhì)量越大，垂直變形越大，固有頻率越低。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了 懸架參數(shù)的參數(shù)以及如何確定懸架參數(shù)的數(shù)值。其中包括懸架靜撓度fc、懸架、的動(dòng)撓度 fd、懸架的彈性特性懸架的側(cè)傾角剛度 KΦr及在前、后軸的分配以及懸架系統(tǒng)的固有頻率等。 青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 9 圖 板簧及其受力變形圖 第三章 彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算 鋼板彈簧選用 汽車鋼板彈簧除了起彈性元件作用之外，還兼起導(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(jiǎn)單，使用維修、保養(yǎng)方便，長(zhǎng)期以來鋼板彈簧在汽車上得到廣泛應(yīng)用。 鋼板彈簧的種類 目前 汽車使用的鋼板彈簧常見的有以下幾種： （ 1）通多片鋼板彈簧，如圖 （ a）所示，這 種彈簧主要用在載貨汽車和大型客車上，彈簧彈性特性如圖所 示呈線性特性。 （ 2）少片變截面鋼板彈簧，如圖 （ b）所示，為減少彈簧質(zhì)量，彈簧厚度沿長(zhǎng)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。這種彈簧主要用于輕型貨車及大、中型載貨汽車前懸架。 （ 3）兩級(jí)變剛度復(fù)式鋼板彈簧，如圖 （ c）所示，這種彈簧主要用于大、中型載貨 車后懸架。彈性特性為兩級(jí)變剛度特性，開始時(shí)僅主簧起作用，當(dāng)載荷增加到某值時(shí)副簧與主簧共同起作用，彈性特性由兩條直線組成。 （ 4）漸變度鋼板彈簧，如圖 （ d）所示，這種 彈簧多于輕型載貨汽車與廂式客車后青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 10 圖 鋼板彈簧示意圖 懸架。副放在主簧之下，副簧隨汽載荷變化逐漸起作用。 多片鋼板彈簧 鋼板彈簧計(jì)算實(shí)質(zhì)上是在已知彈簧負(fù)荷情況下，根據(jù)汽車對(duì)懸架性能（頻率）要求，確定彈簧剛度，求出彈簧長(zhǎng)度、片寬、片厚、片數(shù)。并要求彈簧尺寸規(guī)格滿足彈簧的強(qiáng)度要求。 鋼板彈簧設(shè)計(jì)的已知參數(shù) （ 1）彈簧負(fù)荷 通常根據(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(dòng)鼓及轉(zhuǎn)向節(jié)、傳動(dòng)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，下置彈簧，1/4 彈簧質(zhì)量為非簧載質(zhì)量。 （ 2）彈簧伸直長(zhǎng)度 根據(jù)不同車型要求，由總布置給出彈簧伸直長(zhǎng)度的控制尺寸。在布置可能的情況下，盡量增加彈簧長(zhǎng)度，主要原因： 1）由于彈簧剛度與彈簧長(zhǎng)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(zhǎng)度長(zhǎng)些好。 2）在彈簧剛度相同情況下，長(zhǎng)的彈簧在車輪上下跳動(dòng)時(shí)，彈簧兩卷耳孔距離變化相對(duì)較小，對(duì)前懸架來說，主銷后傾角變化小，有利于汽車行駛穩(wěn)定性。 3）增加彈簧長(zhǎng)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。 4）增加彈簧長(zhǎng)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(duì)提高主片卷耳強(qiáng)度有利。 青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 11 （ 3）懸架靜撓度 為防止汽車在不平路面行駛時(shí)經(jīng)常撞擊緩沖塊，懸架設(shè)計(jì)時(shí)必須給出足夠的動(dòng)撓度值δd。懸架動(dòng)撓度值與汽車使用情況和靜撓度值 δc 有關(guān)，一般推薦： cd ??? ? （ ） 城市公用車輛 α=2~，公路用車輛 α=~，越野車輛 α＞ 。 鋼板彈簧的布置方案 鋼板彈簧在汽車上可以縱置或者橫置。后者因?yàn)橐獋鬟f縱向力，必須設(shè)置附加的導(dǎo)向傳力裝置，使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量增加，因此，在汽車上應(yīng)用很少?？v置鋼板彈簧則可以傳遞各種力和力矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此應(yīng)用廣泛。 縱置鋼板彈簧分為對(duì)稱式和不對(duì)稱式兩種。本設(shè)計(jì)中不需要改變軸距或者通過變化軸距而改善軸荷分配，因此可以采用對(duì)稱式鋼板彈簧。 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 在進(jìn)行鋼彈簧的計(jì)算時(shí)，首先要計(jì)算前后、軸的負(fù)載，計(jì)算單個(gè)鋼板彈簧的載荷： 已知流動(dòng)警務(wù)車滿載前軸與后軸的載質(zhì)量均為 M1=M2=1600kg，因此各個(gè)簧載質(zhì)量均為 m1=m2=800kg。因此單個(gè)彈的載荷為： FW1=FW2=800 =7840N 滿載弧高 fa 滿載弧高指鋼板彈簧裝到車軸上，汽車滿載時(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。當(dāng) fa=0 時(shí)，鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作?？紤]到使用期間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。本方案中初步定 fa=15mm。 鋼板彈簧長(zhǎng)度的確定 鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。 增加鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命；降低彈簧剛度，改善汽車行駛平順性；在垂直剛度 c 給定的情況下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。鋼板彈簧的縱向角剛度，系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向角時(shí)，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 12 能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形；選用長(zhǎng)些的鋼板彈簧，會(huì)在汽車布置時(shí)產(chǎn)生困難。原則上，在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些。由于整體布置的需要，初選彈簧鋼板的長(zhǎng)度為 L=850mm。 鋼板彈簧斷面尺寸及片數(shù)的確定 （ 1）鋼板斷面寬 度 b 的確定 有關(guān)鋼板彈簧剛度、強(qiáng)度等，可以按照等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但是需要引入撓度增大系數(shù) δ 加以修正。因此，根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁計(jì)算公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總的慣性矩 J0。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧： )48/()( 30 EcgksLJ ??? 式中： E 為鋼板彈簧的彈性模量取 E=210000MPa； k為考慮 U型螺栓加緊彈簧后的無效長(zhǎng)度因數(shù) k=（剛性加緊取 ，撓性加緊取 0） ； s 為 U 型螺栓的中心距，取 s=92mm； c 為鋼板彈簧垂直剛度（ N/mm） 。 1） 初選鋼板彈簧的固有頻率（偏頻） n= 由偏頻公式 )2/(/ 111 ?m ? ， )2/(/ 222 ?m ? 。 （ ） 因?yàn)椴捎玫氖菑椥蕴匦詾榫€性變化的懸架，前后懸架的靜撓度可用下式表示：fc1=m1g/c1， fc2=m2g/c2其中 g 為重力加速度 g=9810mm/s2。 所以 10//5 11 cfn ? ， 10//5 22 cfn ? 。 得 mmnff cc )/5(10 221 ???? 懸架鋼板彈簧的剛度為 mmkgmmNfmgfFc ccW /3 6 8 ???? 2）初選彈簧鋼板片數(shù)為 n0=7，與主片等長(zhǎng)的片數(shù)為 n1=1，則與主片 等長(zhǎng)的重疊片數(shù)與鋼板彈簧總片數(shù)的比值為 η=n1/n0=， 則撓度增大系數(shù)為： 34 )]([ ???? ?? 帶入數(shù)據(jù)得 J0= （ 2）鋼板彈簧片厚 h 的選擇 青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 13 圖 葉片斷面形狀 矩形斷面 b)T 形斷面 c)單面有拋物線邊緣斷面 d)單面有雙槽的斷面 鋼板彈簧的總截面系數(shù) ])][4/()([0 wW ksLFW ??? （ ） 其中 [ζw]為許用彎曲應(yīng)力，取 [ζw]=450MPa 帶入鋼板彈簧的平均厚度公 式： )6/(][)(/2 200 cwp EfksLWJh ????? （ ） 帶入數(shù)據(jù)得 hp= 得到 hp 后，再選擇片寬 b=70mm，推薦片寬與片厚的比值在6~10 范圍內(nèi)，且所要采用的鋼板彈簧是各片等厚的，所以初選鋼板彈簧片厚為 h=7mm。 （ 3）鋼板彈簧斷面形狀的確定 板彈簧斷面通常采用矩形斷面，宜于加工，成本低。但矩形斷面也存在一些不足。矩形斷面鋼板彈簧的中性軸，在鋼板斷面的對(duì)稱位置上。工作時(shí)，一面受拉應(yīng)力，一面受壓應(yīng)力作用，而且 上、下表面的名義拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的絕對(duì)值相等。因材料的抗拉性能低于抗壓性能，所以在受拉應(yīng)力作用的一面首先產(chǎn)生疲勞斷裂。除矩形斷面以外的其它斷面形狀的葉片，其中性軸均上移，使受拉應(yīng)力的一面的拉應(yīng)力絕對(duì)值減小，而受壓應(yīng)力作用的一面的壓應(yīng)力絕對(duì)值增大，從而改善了應(yīng)力在斷面上的分布情況，提高了鋼板彈簧的疲勞強(qiáng)度并節(jié)約了近 10%的材料。本方案中選用矩形斷面。 （ 4）鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 14 圖 確定鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的作圖法 圖 梯形鋼板彈簧 片厚不變寬度連續(xù)變化的單片鋼板彈簧是等強(qiáng)度梁，形狀為菱形 (兩個(gè)三角形 )。將由兩個(gè)三角形鋼板組成的鋼板彈簧分割成寬度相同的若干片，然 后按照長(zhǎng)度大小不同依次排列、疊放到一起，就形成接近實(shí)用價(jià)值的鋼板彈簧。實(shí)際上的鋼板彈簧不可能是三角形，因?yàn)闉榱藢摪鍙椈芍胁抗潭ǖ杰囕S (橋 )上和使兩卷耳處能可靠地傳遞力，必須使它們有一定的寬度，因此應(yīng)該用中部為矩形的雙梯形鋼板彈簧替代三角形鋼板彈簧才有真正的實(shí)用意義。這種鋼板彈簧各片具有相同的寬度，但長(zhǎng)度不同。鋼板彈簧各片長(zhǎng)度就是基于實(shí)際鋼板各片展開圖接近梯形梁的形狀這一原則來作圖的。首先假設(shè)各片厚度不同，則具體進(jìn)行步驟如下： 先將各片厚度 hi的立方值 hi3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在 ζ0i圖 上，再 沿橫坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)度的一半 L/2 和 U 形螺栓中心距的一半 s/2，得到 A、 B 兩點(diǎn)，連接 A、 B 即得到三角形的鋼板彈簧展開圖。 AB 線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。如果存在與主片等長(zhǎng)的重疊片，就從月點(diǎn)到最后一個(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)即為各片長(zhǎng)度。各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定。 青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 15 則得到的鋼板彈簧每一片的長(zhǎng)度分別為 ： L1=850mm； L2=2mm==740mm； L3=2mm==630mm； L4=2mm==520mm； L5=2mm==410mm； L6=2mm==300mm； L7=2mm==190mm。 鋼板彈簧主要參數(shù)的校核 實(shí)際根部慣性矩 在鋼板彈簧的片數(shù)、寬度和片厚取定以后則可得出鋼板彈簧的實(shí)際根部慣性矩 1230 nbhI ?實(shí) =77073/12= 右此可知，改變片數(shù) n、片寬 b 和片厚 h 三者之一，都影響到總慣性矩 J0的變化；因總慣性矩 J0 的改變又會(huì)引起鋼板彈簧垂直剛度的變化，也就是影響汽車的平順性。片厚 h對(duì)彈簧總慣性矩影響最大。 鋼板彈簧滿載壓縮弧高 實(shí)夾cmfc ? = 800/= （ ） 鋼板彈簧總截面系數(shù) 6 20 nbhW ? =77072/6= （ ） 鋼板彈簧的根部應(yīng)力 04)( WksLQ ??? = （ ） 鋼板彈簧選用的材料為 60Si2Mn,美國 SAE 推薦為： ζ=（ ~） fc+(350~450)， fc單位為 mm ?=（ ~） fc+450=~ 青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 16 故此時(shí)鋼板彈簧的根部應(yīng)力符合要求。 鋼板彈簧的比應(yīng)力 cfσδ?? =() 鋼板簧的許比應(yīng)力：建議貨車為 ~；平衡懸架為 ~ MPa/mm；后副簧為 ~ MPa/mm，移動(dòng)警務(wù)室行駛速度較低，可以完全滿足工作要求。 鋼板彈簧剛度的校核 在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù) δ、慣性矩 J0、片長(zhǎng)和葉片端部的確定都不夠準(zhǔn)確，所以有必要驗(yàn)算剛度。共同曲率方法： ])(/[6 1 131?? ?? ??nk kkk YYaEc ? 階梯形展開法： E d xYpxE d xYpxE d xYpxdxEIpxnlllllllllxln/...///11322121122210202???????? ??????? 整理得： )(3 11 31 ?? ? ?? ? kknk k YYaEP? 式中： 111 ?? ?? kk lla l1：階梯形單片彈簧主片長(zhǎng)度一半 l1=L/2； lk+1：階梯形單片彈簧第 k+1 片彈簧長(zhǎng)度一半； Ix ：階梯形單片彈簧距離點(diǎn) x 處的慣性矩； Yk：第一片彈簧至第 i 片彈簧慣性矩之和的倒數(shù) ； ???ki ik IY 11 其中 Ii為階梯形單片彈簧的第 i 片彈簧慣性矩 123ii bhI ? 對(duì)于總片數(shù)為 n 的鋼板彈簧： ln+1=0， an+1=l1， Yn+1=0 因此得鋼板彈簧的剛度為： 青島大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 17 圖 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 ?? ???? ?? ??nk kkk