【導(dǎo)讀】未定義書簽。未定義書簽。

　　

【正文】 有利于制造和裝配，并可以降低片間的干摩擦，改善汽車行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大，材 料利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在 6～ 14片之間選取。因?yàn)榇塑囀俏⒖愋停瘦d重不大，不需要太多片數(shù)。故選取 各片中和主片相等 (包括主片 )的片數(shù)為 2，總片為 5。則彈簧撓度增大系數(shù) ? =)21(1nn? (42) 式中 n1 為和主片相等片數(shù)， n 為總片數(shù)。計(jì)算得 ? =。 c 鋼板彈簧的長(zhǎng)度 ，一般由總布置的考慮選取。鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 是指彈簧兩卷耳中心之間的距離，對(duì)于小轎車的后鋼板彈簧，初步可以選取 L=(～)La ；對(duì)于貨車前鋼板彈簧 L=(～ )La ；貨車后鋼板彈簧 L=(～)La ?？梢猿醪酱_定 L= La .得到 L= 2500=1000mm。 彈簧的無效長(zhǎng)度 LS 一般取 LS =k*S， 彈簧的有效長(zhǎng)度 ｌ e =L LS =L k*S (mm) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 33 式中 k— 無效長(zhǎng)度系數(shù)，一般取 k=～ ；選 k= S— U形螺栓夾緊距， mm。取 S=90mm。 則ｌ e = 90=955mm。 d 鋼板彈簧所需要的總慣性矩 J0 :理想剛度 （ K） =3048LEJ? (43) 則 J0 =[(LkS)3 (K)? ]／ 48E =[(955)3 49] ／ (48105 ) =5233mm3 。 梯形單片彈簧在根部應(yīng)力 ? =04WQL (N／ mm2 ) (44) 式中 W0 — 梯形單片彈簧在根部的斷面系數(shù)， mm3 。 W0 = nbh62 (45) 設(shè)計(jì)時(shí)要求 W0 ≥ [Q（ LkS） ]／ 4[ W? ]， [ W? ]為許用彎曲應(yīng)力。對(duì)于60Si2 Mn 材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦 [ W? ]在下列范圍內(nèi)選取 :前彈簧和平衡懸架彈簧為 350～ 450N／ mm2 ；后彈簧懸架為 450～ 550 N／ mm2 。則選取[ W? ]為 500N／ mm2 ，得出 W0 ≥[400955]／ (4500)=1871 而鋼板彈簧的平均厚度 hP =200WJ =218715233 =. 有了 hP 以后，再選鋼板彈簧的片寬 b。增大片寬，能加強(qiáng)卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。片寬選得太窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。推薦片寬和平均片厚的比值 b／ hP 在 6～ 10 間選取。結(jié)合考慮強(qiáng)度故選擇 b=55mm。 此時(shí)的 b／ hP =55／=，符合給定的比例范圍。 反過來確定片厚 h， 根據(jù)式 J0 =nbh3 ／ 12 (46) 確定 h=3 012nbJ=，取 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 34 重新對(duì)剛度進(jìn)行驗(yàn)算： J0 = nbh3 ／ 12= (K)=3048LEJ?=35 95 520 ? ??? =，符合要求。 e 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 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、疊放在一起，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 h3i 按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在 ? i0 圖上 (如下圖 )，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 B 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。 圖 422 鋼板彈簧展開圖 根據(jù)前面已經(jīng)算得的數(shù)據(jù)進(jìn)行畫圖，通過作圖確定出鋼板彈簧各片長(zhǎng)度哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 35 如下圖所示，現(xiàn)標(biāo)注如下： 圖 423b 本文設(shè)計(jì) 鋼板彈簧展開圖 由圖中可得鋼板彈簧片從下到上 5 片長(zhǎng)度一半的長(zhǎng)度，得到分別為、 549mm、 、 1000mm、 1000mm。 f 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)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(yù)壓縮和 U 型螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不包括卷耳半徑）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 H0 ，用下式計(jì)算 H0 = cf + af + f? (47) 式 中， cf 為靜撓度； af 為滿載弧高； f? 為鋼板彈簧總成用 U 形螺栓夾緊后引起的弧高變化， f? =22 ))(3( L ffSLS ac ?? (48) S為 U 形螺栓中心距； L 為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。 cf 、 af 在前面已經(jīng)得 出。 現(xiàn)計(jì)算 f? 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 36 得 f? =210002 108090300090 ? ??? ））（（= 則 H0=80+10+= 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 R0 =L2 ／ 8 H0 =10002 ／（ 8 ） =。 (2)鋼板彈簧各片在自由狀態(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，裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri （如下圖）。各片自由狀態(tài)下作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(yīng)力，使各片壽命接近。 圖 424 狀態(tài)下的曲率半徑 Ri 由材料力學(xué)得，作用在任一彈簧片上的彎矩與曲率半徑變化值之間的關(guān)系可用下式表示： KKKK EIMRR ??011 1／ mm (49) 式中 MK —— 第 K 片彈簧各斷面的彎矩， RK :第 K片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑， mm RK0 :第 K片彈簧在裝配后的曲率半徑， mm IK :第 K片彈簧斷面慣性矩， mm 彈簧預(yù)應(yīng)力 KKK WM?0? (410) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 37 將以上兩式聯(lián)立得 )11(00 KKKKK RRWEI ??? N／ mm2 (411) 假設(shè)各片彈簧均為矩形斷面，裝配后的各片彈簧曲 率半徑等于彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑，各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力可以寫成： )11(2 00 RREh KkK ??? N／ mm2 (412) 式中 hk —— 第 K片彈簧片厚， mm 0R —— 彈簧總成在自由狀態(tài)下曲率半徑， mm 如果知道彈簧總成自由狀態(tài)下的曲率半徑 0R 和預(yù)加在 各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力 K0? ，那么可求出各片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑 RK kKK EhRR00211 ??? 1／ mm (413) 彈簧各片預(yù)應(yīng)力的選擇，原則上應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素： Ⅰ彈簧各片未裝配前，各片間隙不要相差太大，各片裝配后，應(yīng)使各片能很好配合。 Ⅱ由于主片受力復(fù)雜，為保證主片及長(zhǎng)片有較長(zhǎng)使用壽命，希望適當(dāng)降低主片及長(zhǎng)片應(yīng)力。 基于上述 原因，選擇各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，片厚相等的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜過大。對(duì)片厚不等的彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力大一些。一般推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力約為 300～ 350N／ mm2 。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸增至正值的。并且在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部出的預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩 Mi 之代數(shù)和等于零。即 ??ni iM1 =0或 ??ni iiW1 0? =0 因?yàn)榇虽摪鍙椈稍O(shè)計(jì)的各片的斷面尺寸相同，故應(yīng)力之和要為零。 按常規(guī)選擇 100～ +100，分配后六片從長(zhǎng)到短的預(yù)應(yīng)力依次為 100,40，0， 40,100.(N／ mm)。 由此，通過式 413 可分別計(jì)算出六片鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑，計(jì)算得 : 1R =； 2R =； 3R =； 4R =； 5R =。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 38 g 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 iR 是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力 i0? 后用式 413計(jì)算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式 R0 =L2 ／ 8 H0 計(jì)算的結(jié)果會(huì)不同。因此需要核算鋼板彈簧總成的弧高 。 根據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)，由此可求出等厚葉片彈簧的 0R 為 ?????niini iiLRLR1101 (414) 式中 iL 為鋼板彈簧的第 i 片的長(zhǎng)度。 計(jì) 算得 ??ni iiRL1=1000 ／ +1000 ／ + ／ +549 ／+／ = ??ni iL1 =1000+1000++549+=3647mm 進(jìn)而得 0R =。 鋼板彈簧總成弧高為 H≈ 2L ／ 8 0R =10002 ／ (8 )=。與前面算得的 H0 = 相差不大，并算得相對(duì)誤差為 ()／ =﹪ 故符合標(biāo)準(zhǔn)。若相差較大，則應(yīng)重新選擇鋼板彈簧各片的預(yù)應(yīng)力，再進(jìn)行核算， 直到 滿足標(biāo)準(zhǔn)。 h 鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算 汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力max? 用下式計(jì)算 max? =1220212122 )( )( bhmQWll cllmQ ?? ?? ? (415) Q2 為作用在后輪上的垂直靜載荷 ,查相關(guān)資料得 Q=430； m2 為驅(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 39 荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車 m2 =～ ,貨車 m2 =～ ，故取 ； 1l 、 2l 為鋼板彈簧前、后段長(zhǎng)度取 1l =2l =955／ 2=； ? 為道路附著系數(shù)，取 ；b為鋼板彈簧片寬； h1 為鋼板彈簧主片厚度； 0W 為鋼板彈簧總截面系數(shù) 0W = 62nbh =1762mm3 ； c為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離，取 c=320mm。 許用應(yīng)力 [σ]取為 1000N／ mm2 。將各個(gè)數(shù)據(jù)代入得 max? =975N／ mm2 ，符合要求。故應(yīng)力分析設(shè)計(jì)合理。 i 鋼板彈簧卷耳內(nèi)徑和彈簧銷直徑確定及其強(qiáng)度核算 鋼板彈簧主片卷耳受力如下圖所示。 圖 425 鋼板彈簧卷耳 卷耳處所受應(yīng)力 ? 是由彎曲應(yīng)力和拉壓合成的應(yīng)力。 1211 )(3 bhFbh hDF xx ???? (416) 式中 xF 為沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力； D 為卷耳內(nèi)徑； b 為鋼板彈簧寬度； h1 為主片厚度。許用應(yīng)力 [? ]取為 350N／ mm2 。 先初步確定 D=15mm； xF =m1 ?1G = 400 = 則算得 ? = N／ mm2 ＜ [? ]=350 N／ mm2 ，故滿足強(qiáng)度要求。 對(duì)鋼板彈簧銷要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷作用時(shí)鋼板彈簧銷受到的 應(yīng)力 Z? =bdFZ (417) 其中 ZF 為滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的 載荷； b 為卷耳處葉片寬； d 為鋼板彈簧銷的直徑，用 20鋼或 20Cr 鋼經(jīng)滲碳處理或用 45 鋼經(jīng)高頻淬火后，許哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 40 用應(yīng)力為 [ Z? ]≤ 7～ 9N／ mm2 根據(jù)以上初步確定為 15mm； ZF =2 ?=1960N。 Z? = 15551960? = N／ mm