汽车钢板弹簧的设计.pdf

汽车钢板弹簧的设计 一、汽车钢板弹簧的基本特性 钢板弹簧的主要功能 是作为汽车悬架系统的弹性元件，此外多片弹簧的片间摩擦 又起作系统的阻尼作用，多数钢板弹簧通过卷耳和支座兼有 导向作用。但就其基本的受力情况及结构特点，钢板弹簧具 有以下两个基本特征： 1、无论钢板弹簧以什么形式装在汽 车上，它都是以梁的方式在工作，也就是说它的主要受力方 向垂直于钢板弹簧长度。 同时，由于受变形相对其长度很小， 因此可以利用材料力学中有关小挠度梁的理论，即线性原理 来进行分析计算。 2 、钢板弹簧装在汽车上所承受的弯矩， 基本上是单向载荷，因而其弯曲应力也是单向应力。二、等 应力梁的概念椭圆形 半椭圆形 四分之一椭 圆形 除早期的汽车采用过椭圆形钢板弹簧，近代汽车绝 大多数采用半椭圆形钢板弹簧，只有极少数采用四分之一椭 圆形钢板弹簧。无论何种形式的钢板弹簧，就其总成而言， 都是根部支承，端部承爱集中载荷，它都是以梁的方式在工 作。 众所周知，理想的梁应该是一根等应力梁，这样才 能获得材料的最佳利用。对于钢板弹簧而言，无论单片或多 片，设计者应该努力将它设计成等应力梁或近似于等应力 梁。 就单片梁而言，当只有单片承爱集中载荷时，有两 种轮廓可以满足等应力梁的要求。对于等厚度者，宽度应成 三角形，对于等宽度者，厚度为抛物线形状。 当然，从 理论上讲，只要截面系数沿片长方向与弯矩成比例变化，都 可以成为等应力梁。然而汽车上几乎没有采用同时变厚又变 宽的弹簧。上述轮廓线只是对弯曲应力而言，实际上钢板弹 簧端部受剪切强度的要求以及卷耳的存在，第一种轮廓只能 是在三角形端部加上等宽的矩形或整个宽度成为梯形，而第 二种轮廓只能是抛物线端部接上一段等厚度的矩形或厚度 按梯形变化的梁。 为了简化轧制工艺，对于等宽度 者，可用梯形代替抛物线。此外，根部也设计成为平直的， 便于与支承座贴合，也就是说，或者由梯形和根部、端部为 矩形的三段直线构成。 所以，在实际应用上，只能把弹 簧设计成为近似的等应力梁。由于结构上的原因，没有人在 汽车上采用等厚度变宽度的单片钢板弹簧，但等宽度变厚度 的单片钢板弹簧早就得到实际的应用。三、单片钢板弹簧的 计算 1、计算公式： 单片钢板弹簧，就是一根简单的承 爱集中载荷的梁，我们可以利用材料力学中分析小挠度梁的 方式，寻出计算挠度、刚度、沿长度分布的最大应力以及比 应力的公式。当然，梁的轮廓线（断面变化情况）不同，寻 出的公式也不同。然而，对它们整理之后，我们可以得到一 组形式完全一样的计算公式，仅以形状系数的差异来区别各 种不同轮廓线的单片钢板弹簧。 可把普通使用的对称半 椭圆钢板弹簧当做简支梁来分析，它的计算公式 是： ………… （1） ……… （2 ） …… （3 ） ……（ 4 ） 式中： f- 挠度 c-刚度 σ-根部 应力 - 比应力（单位变形所产生的应力，反映同样 f 的情况 下应力幅的大小） δ-形状系数， Q-弹簧根部负荷， Q=2P ， L- 弹簧长度， L=2L ，E-弹性模数， I0-根部惯性矩， W0- 根部 断面系数。 2、形状系数（ 1）等厚度，宽度为梯形 形状 系数由端部与根部之惯性矩比值所确定。 ………（