【文章內容簡介】 100120140160葉片斷面除普遍應用的矩形斷面(圖6a)外，為了提高鋼板彈簧耐疲勞強度和減輕重量，采用了特殊形狀的斷面，常見的是單面帶拋物線邊緣的（圖36c）和單面帶槽的（圖6b、d）。圖6 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、壓應力的絕對值相等。使用經驗表明，鋼板彈簧葉片的疲勞裂紋往往是從受拉的一面開始，特別是在斷面棱角處有較大的應力集中。因此矩形斷的葉片呈受拉應力的一面易破壞。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。實踐證明，雙凹扁鋼的葉片在彎曲變形時，整個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。棱邊產生較大的接觸應力和應力集中,成為早期疲勞破壞的起點。改成平扁鋼后，鋼板彈簧的疲勞壽命有大幅提高?？梢姼倪M葉片斷面形狀是提高彈簧疲勞壽命的一條重要途徑，因此近年來出現了一些特殊斷面的葉片[14]。矩形斷面是最常見的最簡單的斷面形式。在此我們選取矩形斷面鋼板彈簧為此次設計的彈簧類型。片數n 少些有利于制造和裝配，并可以降低片與片之間的干摩擦，改善汽車的行駛平順性。但片數少了將使鋼板彈簧與等強度梁的差別增大，材料的利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數在6～14 片之間選取，重型貨車可達20 片。用變截面少片彈簧時，片數在1～4 選取。根據貨車的載荷并結合國內外資料初步選取，初選的主、副簧總片數：主簧：n1=2，n=10 副簧： n1=1，n=5主簧葉片斷面尺寸()：bh=659；副簧葉片斷面尺寸()：bh=809；。鋼板彈簧各片長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，在選擇各葉片長度時，應使沿彈簧長度變化的應力均勻分布，以保證各片有相同的疲勞強度（各片具有大致相同的使用壽命）。確定鋼板彈簧葉片各片長度的方法，有計算法和作圖法兩種。目前大多數采用簡單而實用的作圖法。該法是基于實際鋼板彈簧各葉片的展開圖接近梯形梁形狀這一原則來做圖的，其具體做法如下：如圖7所示，先將各葉片厚度的立方值按同一比例尺沿縱坐標繪出，再沿橫坐標繪出主片長度的一半L/2和U型螺栓中心距的一半S/2，得A、B兩點。連接A、B兩點就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決定了各片長度。 如果如為了加強主片而將第二片、第三片做的與主片等長時，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決定了各片長度。各片實際長度尺寸需經圓整后確定[15]。圖7 確定鋼板彈簧各片長度的作圖法根據作圖法要求繪制出相關圖形，見圖8。圖8 作圖法確定的主簧各片長度第k片 / /長度 /1972913502972913503972912204972910805972994069729800797296708972953099729390109729260根據作圖法要求繪制出相關圖形，見圖9。圖9 作圖法確定的副簧各片長度第k片 / /長度 /19729110029729910397297104972952059729320鋼板彈簧剛度的驗算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。這是因為撓度系數是在很大范圍內選取的；在各片長度尚未確定的情況下，值不可能選得準確；另外選定各片厚度和片寬之后，計算出的實際慣性矩與理論要求的數值也有所差別；同時葉片端部形狀對剛度的影響也未予以考慮。為此，需要更精確的公式對剛度進行計算。如不能滿足要求，可適當的調整各片長度或改變斷面尺寸時期剛度接近所要求的理論值[16]。一般用共同曲率法進行計算，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。驗算鋼板彈簧實際剛度公式為： 其中 ，,為第一片到第片處所有葉片的慣性矩之和。式中 為經驗修正系數，；E為材料彈性模量；、為主片和第片的一半長度。主簧剛度計算：為計算方便，在進行設計時，通常采用列表法計算。剛度公式中部分計算見下圖： 圖9 主簧相關計算葉片序號1675039480026756578963610135118444540205157925470275197406400340236887335410276368265480315849195545355321013067539480 圖9選擇修正系數，將數據代入剛度公式，得后主簧實際總成自由剛度 =9531 =132 N/mm與設計值=，基本滿足主簧剛度要求。副簧剛度計算：圖10 副簧相關計算葉片序號155095486024551959720335529014580426039019440516055024300選擇修正系數，將數據代入剛度公式，得后主簧實際總成自由剛度 = =138 N/mm與設計值=，基本滿足副簧剛度要求。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高和曲率半徑計算 鋼板彈簧各片裝配后，在預壓縮和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（圖11 ）。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[17]。圖11 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)下的弧高可用下式計算： （）式中 —靜撓度； —滿載弧高；它的大小直接影響車輛的高度，一般希望它等于零，可是彈簧滿載時處于對稱位置工作，但考慮到彈簧在使用中會產生塑性變形，必須給予補償。通常取； —由于U形螺栓夾緊后引起的鋼板彈簧總成弧高的變化量， 取1）后主簧在自由狀態(tài)下的總成弧高2）后副簧在自由狀態(tài)下的總成弧高根據上邊算得的彈簧總成弧高,就可按幾何關系近似計算出鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑(等于裝配后的主片曲率半徑)。其計算公式為： 后主簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑后副簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑前已提及，為了加強主片及卷耳的強度，將主片盡量選的厚些。同時為了使各片應力趨近于接近，葉片應采用不同的曲率半徑。當用U型螺栓將彈簧各片夾緊時，主片曲率半徑減小