【文章內容簡介】 簧在空載滿載和副簧起作用時的載荷分別為 鋼板彈簧所需的總慣性矩的計算 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)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鋼板彈簧 35 式中 撓度增大系數(shù) 與主片等長的重疊片數(shù) 鋼板彈簧總片數(shù) 鋼板彈簧長度 鋼板彈簧非工作部分長度是 U 型螺栓中心距非工作長度系數(shù)如剛性夾緊取撓性加緊取 彈簧材料彈性模量取材料為 60Si2Mn 1 主簧 取 則 可得 2 副簧 取 則 可得 根據(jù)強度要求計算 鋼板彈簧總截面系數(shù) 截面系數(shù)機械零件和構件的一種截面幾何參量舊稱截面模量它用以計算零件構件的抗彎強度和抗扭強度或者用以計算在給定的彎矩或扭矩條件下截面上的最大應力根據(jù)材料力學在承受彎矩Μ的梁截面上和承受扭矩 T 的桿截面上最大的彎曲應力σ和最大的扭轉應力τ出現(xiàn)于離彎曲中性軸線和扭轉中性點垂直距離最遠的面或點上σ和τ的數(shù)值為 J 和 J0 分別圍繞中性軸線 XX 和中性點 O的截面慣性矩 Jxxy 和 J0y 分別為彎曲和扭轉的截面模量一般截面系數(shù)的符號為W 單位為截面的抗彎和抗扭強度與相應的截面系數(shù)成正比 36 即 37 對于 60Si2MnA 彈簧鋼表面經(jīng)噴丸處理后推薦許用靜應力在下列范圍內取值前彈簧和平衡懸架彈簧為后主簧為后副簧為 1 主簧 取 得 取 2 副簧 取 得 鋼板彈簧平均厚度的計算 計算公式 38 1 主簧 2 副簧 驗算在最大動行程時的最大應力 計算公式 39 1 主簧 代入公式計算得 2 副簧 代入公式計算得 主副簧都符合要求能夠滿足鋼板彈簧對疲勞壽命的要求 鋼板彈簧葉片斷面形狀及尺寸的選擇 1 葉片寬度 推薦片寬與片厚的比值在 610 范圍內選取 主簧 副簧 2 葉片 厚度 當鋼板彈簧長度受限不能加長時為了加強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力為了減小主片應力鋼板彈簧其余葉片通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荷來減輕主片的負荷整幅彈簧的各片雖可用不等厚度但不能超過三組為使葉片壽命相差不多最厚片與最薄片厚度之比應小于 15 參考葉片寬度范圍和彈簧鋼片斷面扁鋼的尺寸規(guī)格 GBT 12221984最終確定葉片厚度和寬度 主簧葉片斷面尺寸 14 片 取 514 片 取 副簧葉片斷面尺寸 表 32 扁鋼尺寸規(guī)格 厚度寬 度 5 6 65 7 8 9 95 10 11 12 13 14 16 18 20 25 30 45 50 55 60 63 65 70 75 76 80 90 100 120 140 160 3 葉片斷面形狀選擇 葉片斷面除普遍應用的矩形斷面 圖 31a 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 31c 和單面帶槽的圖 31bd 圖 31 所示為目前采用的常見斷面形狀 圖 31 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(jīng)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可見改進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(xiàn)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 前面初選的主副簧總片數(shù) 主 簧 副簧 33 鋼板彈簧的設計及校核 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(shù)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 32 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 L2和 U型螺栓中心距的一半 S2得 AB兩點連接 AB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(jīng)圓整后確定 [15] 圖 32 確定鋼板彈簧各片長度的作圖法 后主簧各葉片長度的確定 根據(jù)作圖法要求繪制出相關圖形見圖 33 圖 33 主簧長度計算 作圖法 各片長度確定見下表 表 33 作圖法確定的主簧各片長度 第 k 片 長度 1 12 1728 1640 2 12 1728 1640 3 12 1728 1500 4 12 1728 1360 5 11 1331 1220 6 11 1331 1110 7 11 1331 1000 8 11 1331 890 9 11 1331 780 10 11 1331 670 11 11 1331 570 12 11 1331 460 13 11 1331 350 14 11 1331 240 2 后副簧各葉片長度的確定 根據(jù)作圖法要求繪制出相關圖形見圖 34 圖 33 副簧 長度計算 作圖法 各片長度確定見下表 表 34 作圖法確定的副簧各片長度 第 k 片 長度 1 12 1728 1200 2 12 1728 1070 3 12 1728 930 4 12 1728 800 5 12 1728 670 6 12 1728 530 7 12 1728 400 8 12 1728 270 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(shù)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(shù)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?shù)恼{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 311 其中 為第一片到第片處所有葉片的慣性矩之和 式中 為經(jīng)驗修正系數(shù) 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表 表 35 主簧相關計算 葉片序號 1 820 0 14400 6944 3472 0 0 2 820 70 28800 3472 1157 3430 3969 3 750 140 43200 2315 0579 27440 15888 4 680 210 57600 1763 0280 92610 259