轿车悬架螺旋弹簧的设计.ppt.ppt

轿车悬架螺旋弹簧的设计 1. 前言 当今乘用车大多数悬架系统的弹性元件都采用螺旋弹簧。它具备结构简单、制造容易、成本低廉、可靠耐用等优点。 虽然在通用机械上的螺旋弹簧计算已相当成熟，但是，车辆用的螺旋弹簧因其恶劣的使用环境和路面随机的动载荷，使它在设计方法上和制造工艺上都有别于其他机械上的螺旋弹簧。 为此，本文将详尽介绍如下。 螺旋弹簧可分为线性弹簧（刚度ks为常数）和非线性弹簧（刚度ks为变量）两种。非线性弹簧可通过采用锥簧、变螺距、锥形变截面钢丝等手段来实现，卷制前钢丝的形状见图1。 图1 C型弹簧钢丝单端逐渐变粗（也有两端的）采取复杂的墩粗工艺来实现，其制造成本猛增，例如Audi 100轿车前悬架弹簧便是如此。其目的在于提高端圈的刚度，避免端圈与邻圈接触后（在A点）增加额外的接触应力，引起应力集中，从而降低弹簧 的疲劳寿命，见图2。 端圈墩粗长度应大于πD0 D0 弹簧中径 mm 用锥形钢丝绕制的变刚度弹簧 其紧凑性好，弹簧圈内可装减 震器、缓冲块和烛式悬架导向 柱。 图2 弹簧端部型式是个重要因素，汽车行驶时，弹簧端部相对支承产生转动，常会产生不愉快的噪音。弹簧托盘的适当形状，可保证切成直角的弹簧端头相对支承不动，C类弹簧总成本最低，弹簧端并紧并磨削成平面是比较昂贵的结构型式（A型），以A型为基准，定义它为100%，对其它结构型式进行成本 比较，见图3，4。 A型弹簧具有制造简单的优点；弹簧端面向内卷曲的结构（例如D），它安装简单，价格便宜，外廓长度较小，但其缺点是不能将减震器或缓冲块装在弹簧内部，F结构型式是个折衷方案 。 A B C D E F 图3 图4 2. 已知参数 1) 弹簧刚度 Ks N/mm 2) 空载时,弹簧作用负荷 Go N 3) 满载时,弹簧作用负荷 Gm N 4) 弹簧可能的中径 Do mm 5) 满载时,车轮上跳动行程反应到弹簧上的挠 度 fr mm 3. 在弹簧绕制过程中,钢丝将产生变形,内侧产生压缩（见图5 A区），由此产生最高的扭转应力τ，其大小取决于旋绕比值ξ=Do/d 图5 4. 计算扭转应力τ时应考虑螺旋曲率影响的系数δ,比其许用扭应力值要低,即:扭转应力τ=[τ]/δ 设计弹簧时,往往将τ视为许用 应力上限值的函数。 Do越小则旋绕比越小δ值越 大。因此，弹簧能承受的应力 将降低，材料的利用性变坏， 承载后，弹簧的稳定性变坏。 因此，在允许的条件下，弹簧 中径Do应尽可能地取值大一些 是合理的。见图6 图6 5. 计算参数符号 k 车轮处的悬架刚度， N/mm ks 弹簧刚度 N/mm d 弹簧钢丝直径 mm Do 弹簧中径 mm f1 车轮压缩行程 mm f1s 弹簧压缩行程 mm f2 车轮拉伸行程 mm f2s 弹簧复原行程 mm G 剪切弹性模数（G=8×104MPa） ix 车轮与弹簧之间的行程传动比 iy 车轮与弹簧之间的力传动比 io 弹簧工作圈数 ig 弹簧总圈数 δ 钢丝弯曲时的应力降低系数 Lo 弹簧自由长度 mm Lw 预加载荷Fw下的弹簧长度 mm LB 弹簧并圈时的长度 mm Ln 最小工作长度 mm