《钢板弹簧设计》PPT课件.ppt
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1、钢钢板板弹弹簧簧设计设计1.钢板弹簧的布置方案2.钢板弹簧主要参数的确定3.钢板弹簧各片长度的确定4.钢板弹簧刚度的验算5.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算6.钢板弹簧总成弧高的核算7.钢板弹簧的强度验算8.少片弹簧1.钢板弹簧的布置方案钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力,必须设置附加的导向传力装置,使结构复杂、质量加大,所以只在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩,并且结构简单,故在汽车上得到广泛应用。纵置钢板弹簧又有对称式与不对称式之分。钢板弹簧中部在车轴(桥)上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等,则为对称式钢板弹簧;若不相等,
2、则称为不对称式钢板弹簧。多数情况下汽车采用对称式钢板弹簧。由于整车布置上的原因,或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动,又要改变轴距或者通过变化轴距达到改善轴荷分配的目的时,采用不对称式钢板弹簧。2.2.钢钢板板弹弹簧主要参数的确定簧主要参数的确定在进行钢板弹簧计算之前,应当知道下列初始条件:满载静止时汽车前、后轴(桥)负荷G1、G2和簧下部分荷重Gu1、Gu2,并据此计算出单个钢板弹簧的载荷:Fw1=(G1Gu1)/2和Fw2=(G2Gu2)/2,悬架的静挠度fc和动挠度fd,汽车的轴距等。1.满载弧高fa满载弧高fa是指钢板弹簧装到车轴(桥)上,汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端(不包括卷耳孔
3、半径)连线间的最大高度差(图611)。fa用来保证汽车具有给定的高度。当fa0时,钢板弹簧在对称位置上工作。为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值,常取fa1020mm。2.钢图6-11钢板弹簧总成在自由状态下的弧高板弹簧长度L的确定2.钢板弹簧长度L的确定钢板弹簧长度L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。增加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力,提高使用寿命;降低弹簧刚度,改善汽车平顺性;在垂直刚度c给定的条件下,又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。钢板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时,作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。增大钢板弹簧纵向角刚度的同时,能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形
4、;选用长些的钢板弹簧,会在汽车上布置时产生困难。原则上在总布置可能的条件下,应尽可能将钢板弹簧取长些。推荐在下列范围内选用钢板弹簧的长度:轿车:L(0.400.55)轴距;货车前悬架:L(0.260.35)轴距,后悬架:L(0.350.45)轴距。3.钢板弹簧断面尺寸及片数的确定(1)钢板断面宽度b的确定有关钢板弹簧的刚度、强度等,可按等截面简支梁的计算公式计算,但需引入挠度增大系数加以修正,因此,可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩J0。对于对称钢板弹簧J0=(Lks)3c/(48E)(65)式中,s为U形螺栓中心距(mm);k是为考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数(如刚性
5、夹紧,取k=0.5,挠性夹紧,取k=0);c为钢板弹簧垂直刚度(Nmm),c=Fw/fc;为挠度增大系数(先确定与主片等长的重叠片数n1,再估计一个总片数n0,求得=n1/n0,然后用=1.5/1.04(1+0.5)初定);E为材料的弹性模量。钢板弹簧总截面系数W0用下式计算W0Fw(Lks)/4w(66)式中,w为许用弯曲应力。对于55SiMnVB或60Si2Mn等材料,表面经喷丸处理后,推荐w在下列范围内选取:前弹簧和平衡悬架弹簧为350450MPa;后主簧为450550MPa;后副簧为220250MPa。将式(66)代人下式计算钢板弹簧平均厚度hphp=2J0/W0=(Lks)2w/6E
6、fc(67)有了hp以后,再选钢板弹簧的片宽b。增大片宽,能增加卷耳强度,但当车身受侧向力作用倾斜时,弹簧的扭曲应力增大。前悬架用宽的弹簧片,会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄,又得增加片数,从而增加片间的摩擦和弹簧的总厚。推荐片宽与片厚的比值b/hp在610范围内选取。(2)钢板弹簧片厚h的选择矩形断面等厚钢板弹簧的总惯性矩J0用下式计算J0=nbh3/12(68)式中,n为钢板弹簧片数。由式(68)可知,改变片数n、片宽b和片厚h三者之一,都影响到总惯性矩J0的变化;再结合式(65)可知,总惯性矩J0的改变又会影响到钢板弹簧垂直刚度c的变化,响汽车的平顺性变化。其中,片厚h的变化对钢板弹
7、簧总惯性矩J0影响最大。增加片厚h,可以减少片数n。钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况,希望尽可能采用前者。但因为主片工作条件恶劣,为了加强主片及卷耳,也常将主片加厚,其余各片厚度稍薄。此时,要求一副钢板弹簧的厚度不宜超过三组。为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度之比应小于1.5。最后,钢板断面尺寸b和h应符合国产型材规格尺寸。图6-12叶片断面形状a)矩形断面b)T形断面c)单面有抛物线边缘的断面d)单面有双槽的断面(4)钢板弹簧片数n片数n少些有利于制造和装配,并可以降低片间的干摩擦,改善汽车行驶平顺性。但片数少了将使钢板弹簧与等强度梁的差别增大,材料利用率变坏。多片钢板弹簧一般
8、片数在614片之间选取,重型货车可达20片。用变截面少片簧时,片数在14片之间选取。3.钢板弹簧各片长度的确定片厚不变宽度连续变化的单片钢板弹簧是等强度梁,形状为菱形(两个三角形)。将由两个三角形钢板组成的钢板弹簧分割成宽度相同的若干片,然后按照长度大小不同依次排列、叠放到一起,就形成接近实用价值的钢板弹簧。实际上的钢板弹簧不可能是三角形,因为为了将钢板弹簧中部固定到车轴(桥)上和使两卷耳处能可靠地传递力,必须使它们有一定的宽度,因此应该用中部为矩形的双梯形钢板弹簧(图613)替代三角形钢板弹簧才有真正的实用意义。这种钢板弹簧各片具有相同的宽度,但长度不同。首先假设各片厚度不同,则具体进行步骤
9、如下:先将各片厚度的立方值按同一比例尺沿纵坐标绘制在图(图614)上,再沿横坐标量出主片长度的一半L2和U形螺栓中心距的一半s/2,得到A、B两点,连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图。AB线与各叶片上侧边的交点即为各片长度。如果存在与主片等长的重叠片,就从B点到最后一个重叠片的上侧边端点连一直线,此直线与各片上侧边的交点即为各片长度。各片实际长度尺寸需经圆整后确定。图6-13双梯形钢板弹簧图6-14确定钢板弹簧各片长度的作图法44钢钢板板弹弹簧簧刚刚度度验验算算在此之前,有关挠度增大系数、总惯性矩J0、片长和叶片端部形状等的确定都不够准确,所以有必要验算刚度。刚度验算公式为(6-9)其中式
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