【文章內容簡介】 i3按同一比例尺沿縱坐標繪制在圖上 （圖） ， 再沿橫坐標量出主片長度的一半 L/2和 U形螺栓中心距的一半 s/2，得到 A、 B 兩點 ， 連接 A、 B 即得到三角形的鋼板彈簧展開圖 。 AB 線與各葉片上側邊的交點即為各片長度 。 如果存在與主片等長的重疊片 ， 就從 B點到最后一個重疊片的上側邊端點連一直線 ， 此直線與各片上側邊的交點即為各片長度 。 各片實際長度尺寸需經圓整后確定 。 圖 雙梯形鋼板彈簧 圖 確定鋼板彈簧各片長度的作圖法 本文各片長度用上述方法確定并經圓整后結果如下： L1=1450mm L2=1405mm L3=1170mm 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 19 L4=990mm L5=820mm L6=640mm L7=460mm L8=280mm 鋼板彈簧剛度驗算 在此之前 ,有關撓度增大系數(shù) δ ， 總慣性矩 J0， 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 ： ?????? ?? ?? ??nk kkkYYaEc1 13 1 )(6? ???????????????? ???? （ ） 其中， )( 111 ?? ?? kk lla ； ??? ki ik JY 11； ???? ? 111 1 ki ik JY。 式中 ， α 為經驗修正系數(shù) ，α =～ ； E 為材料彈性模量 ； l1,lk+1,為主片和第 (k+1)片的一半長度 。 式 ()中主片的一半 l1， 如果用中心螺栓到卷耳中心間的距離代 入， 求得的剛度值為鋼板彈簧總成自由剛度 cj； 如果用有效長度 ， 即l139。=(l1— )代人式 ()， 求得的剛度值是鋼板彈簧總成的夾緊剛度上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 20 cz 。 本文校核鋼板彈簧總成的自由剛度 cj。 根據(jù)各片鋼板彈簧的長度可得： a2= a3=140mm a4=230mm a5=315mm a6=405mm a7=495mm a8=585mm 根據(jù)材料力學的知識對（ 圖 ）的截面形狀進行慣性矩計算，可得該種截面的慣性矩： J=1154mm4。 因為各截面的形狀相同，所以： J1=J2=J3=J4=J5=J6=J7=J8=J=1154mm4。 將上述數(shù)據(jù)代入（ ）可得： cj=與由式 c=FW/fC得到的 c=106N/mm相比較誤差為 %，符合要求。 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的 弧高計算 （ 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 )， 稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H0， 用下式計算 ： 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 21 ? ?fffH ac ????0 ???????????????????? ??? （ ） 式中 ， fc為靜撓度 （ fc=FW/c=9500N/106N/mm=） ； fa為滿載弧高 （ fa=15mm）； Δf 為鋼板彈簧總成用 U 形螺栓夾緊后引起的弧高變化 ， Δ f=s(3Ls)(fa+fc)/(2L2)； 式中， S 為 u 形螺栓中心距 （ s=76mm） ； L 為鋼板彈簧主片長度 （ L=1450mm） 。 Δ f=。 則 H0=+15mm+=。 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 R0=L2/8H0=1679mm。 （ 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 (圖 )， 裝配后各片產生預應力 ， 其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri。 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 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑 矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定 ： 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 22 ? ?00021 REhRR iii ??? ??? ???????????????? ???? ? （ ） 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)； σ 0i為各片彈簧的預應力 (N/mm2)； E 為材料彈性模量 (N/mm2)， 取 E= 105N/mm2； 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和各片彈簧預加應力 σ 0i的條件下 ， 可以用式 ()計算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri。 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 ； 對于片厚不相同的鋼板彈簧 ， 厚片預應力可取大些 。 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/mm2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 。 依據(jù)上述原理取各片的預加應力： σ 01=σ 02=52N/mm2 σ 03=σ 04=17N/mm2 σ 05=80N/mm2 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 23 σ 06=80N/mm2 σ 07=117N/mm2 σ 08=17N/mm2 將上述數(shù)據(jù)代入式（ ）可得鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑 ： R1=1980mm R2=1850mm R3=1665mm R4=1630mm R5=1470mm R6=1470mm R7=1390mm R8=1630mm 如果第 i 片的片長為 Li,則第 i 片彈簧的弧高為 iii RLH 82?? ????????????????????? ???? （ ） 將各片的片長和自由狀態(tài)下曲率半徑代入式（ ）可得： H1= H2= H3= H4= H5= H6= H7= 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 24 H8= 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 Ri 是經選取預應力 σ 0i后用式 ()計算 ， 受其影響 ， 裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式 R0=L2/8H0計算的結果會不同 。 因此 ， 需要核算鋼板彈簧總成的弧高 。 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 R0為 ????? niiiniiLRLR11)/(1 ??????????????????? ??? （ ） 式中 ,Li為鋼板彈簧第 i 片長度 。 將各片的片長和自由狀態(tài)下曲率半徑代入式（ ）可得： R0=1679mm。 鋼板彈簧總成弧高為： 02 8RLH ??????????????????????? ???? （ ） 將鋼板彈簧主片片長和總成弧高代入式（ ）可得： H=。 用式（ ）與用式（ ）計算結果比較。可得相對誤差為 %。相差并不很多，所以之前選用各片預 應力 較合適，至此確定了鋼板彈簧的幾何尺寸。 鋼板彈簧強度驗算 （ 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 σ max用下式計算 ： 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 25 ])/()]([ 0211122m a x WllcllmG ??? ?? ????????????? ??? （ ） 式中 ， G1為作用在前輪上的垂直靜負荷 (G1=9500N)； m1’ 為制動時前軸負荷轉移系數(shù) ， 轎車 ： m1’ =～ ， 貨車 ：m1’ =～ ，本文取 m1’ =； l1， l2為鋼板彈簧前 ， 后段長度 （ l1=675mm,l2=775mm） ； φ 為道路附著系數(shù) ， 取 ； W0為鋼板彈簧總截面系數(shù) ，由式（ ）得 W0=； c 為彈簧固定點到路面的距離 (圖 )（ c=300mm）； 最大應力不可以大于 [σ ]=1000Pa。 將各參數(shù)代入式（ ）得 σ max= σ max＜ [σ ]，所以前鋼板彈簧強度可靠。 圖 汽車制動時鋼板彈簧的受力圖 （ 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 。 σ max用下式計算 1220211211 /])/ [ ()]([ bhMGWllcllmGman ??? ???? ????????? ?? （ ） 式中 ， G2為作用在后輪上的垂直靜負荷 ； m2’ 為驅動時后軸負荷轉移系數(shù) ， 轎車 ： m239。=～ ， 貨車 ：m239。=～ ； 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 26 φ 為道路附著系數(shù) ； b 為鋼板彈簧片寬 ； h1為鋼板彈簧土片厚度 。 因為本文 只設計前懸架的鋼板彈簧，所以不 必進行此項校核。 （ 3） 鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強度核算 鋼板彈簧主片卷耳受力如 （ ） 所示 。 卷耳處所受應力 ， 是由彎曲應力和拉 (壓 )應力合成的應力 圖 鋼板彈簧主片卷耳受力圖 ? ? 12113 bhFbhhDF xx ???? ??????????????? ??? （ ） 式中 ， Fx為沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力 ； D 為卷耳內徑 （ D=37mm）； b 為鋼板彈簧寬度 （ b=76mm） ； h1為主片厚度 (h1=9mm)。 許用應力 [σ ]取為 350N/mm2。 在汽車制動力達到最大（車輪抱死）的時候， 鋼板彈簧卷耳的水平方向 Fx受力最大，它的值等于地面附著力，即： Fxmax=Fzφ 式中， Fx為地面對車輪的法向反作用力，可近似等于單個鋼板彈簧的載荷上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 27 （ Fz=Fw=9500N） ； φ為地面附著系數(shù)（φ =）。 所以， Fxmax=Fzφ =9500N =7600N。 故卷耳合成應力為： σ max=3Fmax(D+h1)/bh12+Fxmax/bh1 =3 7600(37+9)/(76 92)+7600/(76 9)N/mm2 =＜ [σ ] 所以卷耳強度合格。 對鋼板彈簧銷要 驗算鋼板彈簧受靜載荷時鋼板彈簧銷受到的擠壓應力 σ z=Fx/bd, 其中 ， Fx為滿載靜止時鋼板彈簧端部的載荷 ； b 為卷耳處葉片寬 ； d 為鋼板彈簧銷直徑 。 用 30 鋼或 40 鋼經液體碳氮共滲處理時 ， 彈簧銷許用擠壓應力 [σ z]取為 3～ 4N/mm2； 用 20 鋼或 20Cr 鋼經滲碳處理或用 45 鋼經高頻淬火后 ， 其許用應力[σ z]≤7 ～ 9N/mm2。 本文設計彈簧銷使用的材料為 30 鋼，所以許用應力 [σ z]取為 3～4N/mm2。 所以彈簧銷應力 σ z=Fx/bd=4750/(76 30)=＜ [σ z]，校驗合格。 本 文設計的鋼板彈簧采用 55SiMnVB 鋼制造。為了提高鋼板表面硬度，上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 28 降低表面粗糙度，以提高鋼板彈簧壽命，鋼板表面采用噴丸處理工藝。 減振器的設計與計算 減振器的性能常用阻力 位移特性 （圖 ） 和阻力 速度特性 （圖 ）來表示。阻力 位移特性是表示減振器在壓縮和伸張過程中的阻力變化特性，阻力 速度特性是表示減振器中阻力和速度之間的關系，減振器中阻力 F 和速度 v 之間的關系可以用下式表示： F=δ vi 式中，δ 為 減振器阻尼系數(shù)； i 為 常數(shù)，常用減振器的 i 值在卸荷閥打開前等于 1 這樣 F 與 v成線性 變化，稱為線性阻尼特性。 OFh 圖 阻力 位移特性 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 29 OF svv