汽車鋼板彈簧的設(shè)計(jì)

汽車鋼板彈簧的設(shè)計(jì)一、汽車鋼板彈簧的基本特性 鋼板彈簧的主要功能是作為汽車懸架系統(tǒng)的彈性元件，此外多片彈簧的片間摩擦又起作系統(tǒng)的阻尼作用，多數(shù)鋼板彈簧通過卷耳和支座兼有導(dǎo)向作用。但就其基本的受力情況及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼板彈簧具有以下兩個(gè)基本特征：1、無論鋼板彈簧以什么形式裝在汽車上，它都是以梁的方式在工作，也就是說它的主要受力方向垂直于鋼板彈簧長度。同時(shí)，由于受變形相對其長度很小，因此可以利用材料力學(xué)中有關(guān)小撓度梁的理論，即線性原理來進(jìn)行分析計(jì)算。2、鋼板彈簧裝在汽車上所承受的彎矩，基本上是單向載荷，因而其彎曲應(yīng)力也是單向應(yīng)力。二、等應(yīng)力梁的概念橢圓形 半橢圓形 四分之一橢圓形 除早期的汽車采用過橢圓形鋼板彈簧，近代汽車絕大多數(shù)采用半橢圓形鋼板彈簧，只有極少數(shù)采用四分之一橢圓形鋼板彈簧。無論何種形式的鋼板彈簧，就其總成而言，都是根部支承，端部承愛集中載荷，它都是以梁的方式在工作。 眾所周知，理想的梁應(yīng)該是一根等應(yīng)力梁，這樣才能獲得材料的最佳利用。對于鋼板彈簧而言，無論單片或多片，設(shè)計(jì)者應(yīng)該努力將它設(shè)計(jì)成等應(yīng)力梁或近似于等應(yīng)力梁。 就單片梁而言，當(dāng)只有單片承愛集中載荷時(shí)，有兩種輪廓可以滿足等應(yīng)力梁的要求。對于等厚度者，寬度應(yīng)成三角形，對于等寬度者，厚度為拋物線形狀。 當(dāng)然，從理論上講，只要截面系數(shù)沿片長方向與彎矩成比例變化，都可以成為等應(yīng)力梁。然而汽車上幾乎沒有采用同時(shí)變厚又變寬的彈簧。上述輪廓線只是對彎曲應(yīng)力而言，實(shí)際上鋼板彈簧端部受剪切強(qiáng)度的要求以及卷耳的存在，第一種輪廓只能是在三角形端部加上等寬的矩形或整個(gè)寬度成為梯形，而第二種輪廓只能是拋物線端部接上一段等厚度的矩形或厚度按梯形變化的梁。 為了簡化軋制工藝，對于等寬度者，可用梯形代替拋物線。此外，根部也設(shè)計(jì)成為平直的，便于與支承座貼合，也就是說，或者由梯形和根部、端部為矩形的三段直線構(gòu)成。 所以，在實(shí)際應(yīng)用上，只能把彈簧設(shè)計(jì)成為近似的等應(yīng)力梁。由于結(jié)構(gòu)上的原因，沒有人在汽車上采用等厚度變寬度的單片鋼板彈簧，但等寬度變厚度的單片鋼板彈簧早就得到實(shí)際的應(yīng)用。三、單片鋼板彈簧的計(jì)算1、計(jì)算公式： 單片鋼板彈簧，就是一根簡單的承愛集中載荷的梁，我們可以利用材料力學(xué)中分析小撓度梁的方式，尋出計(jì)算撓度、剛度、沿長度分布的最大應(yīng)力以及比應(yīng)力的公式。當(dāng)然，梁的輪廓線（斷面變化情況）不同，尋出的公式也不同。然而，對它們整理之后，我們可以得到一組形式完全一樣的計(jì)算公式，僅以形狀系數(shù)的差異來區(qū)別各種不同輪廓線的單片鋼板彈簧。 可把普通使用的對稱半橢圓鋼板彈簧當(dāng)做簡支梁來分析，它的計(jì)算公式是： (1) (2) (3) ……(4)式中：f-撓度 c-剛度。-根部應(yīng)力-比應(yīng)力(單位變形所產(chǎn)生的應(yīng)力，反映同樣f的情況下應(yīng)力幅的大小)$-形狀系數(shù)，Q-彈簧根部負(fù)荷，Q=2P,L-彈簧長度，L=2L,E-彈性模數(shù)，I0-根部慣性矩，W0-根部斷面系數(shù)。2、形狀系數(shù)(1)等厚度，寬度為梯形 形狀系數(shù)由端部與根部之慣性矩比值所確定。 (5)而式中：I1-端部慣性矩 I0-根部慣性矩(2)等寬度，厚度為拋物線加上矩形端部 形狀系數(shù)取決于矩形段長度與總長之比 (6)式中： -為矩形段單邊長度(3)等寬度，厚度為拋物線和端部及根部為矩形三段組成。 將根部的矩形段延長，并比理論拋物線根部厚度增大一些，是為了減小根部應(yīng)力，克服這部位由于接觸應(yīng)力和應(yīng)力集中導(dǎo)致的早期損壞。對這種單片簧進(jìn)行分段積分求變形，最后得到的計(jì)算公式也具有與上述式(1)....(4)相同形式，但式中之根部慣性矩與斷面系數(shù)等，均指理論拋物線根部的斷面參數(shù)，即： 而形狀系數(shù)：(7)式中： 這種彈簧的最大應(yīng)力不在根部，而在整個(gè)拋物線區(qū)段，所指比應(yīng)力也如此。(4)等寬度，厚度由三段直線組成。為了使軋制工藝和檢驗(yàn)方法簡便些，可以將上述拋物線區(qū)段用直線代替，形成一根由三段直線組成的變斷面梁。同樣，對這種彈簧分段積分求變形，經(jīng)整理后，其計(jì)算公式具有與上述式（1）???.（4）相同形式，其形狀系數(shù) （8）式中：其中 -為彈簧半長 按上述式（3）、（4）計(jì)算的應(yīng)力和比應(yīng)力，均是根部的應(yīng)力和比應(yīng)力，但不一定是沿片長的最大應(yīng)力。 從以上公式可以看出，對于理想的等應(yīng)力梁，若是等厚度的三角形梁，n=0結(jié)果5=1.5，若是等寬度的拋物線梁，入1=0，入2=入3=1，結(jié)果5=2。它們都可以獲得最大的形狀系數(shù)即最大撓度增大系數(shù)。對于等寬等厚的矩形梁5=1為最小值。其它各種輪廓，形狀系數(shù)都介于這二者之間。3、確定輪廓線的基本原則 在實(shí)際應(yīng)用上，如前所述，端部必需要有一個(gè)矩形段，而根部由于支承座的工藝方便性，也要有一段平直的矩形段，所以實(shí)際的變截面彈簧只能是上述兩種輪廓。 那么，設(shè)計(jì)上如何來確定輪廓線呢？①、從設(shè)計(jì)的合理性講，基本的原則是使應(yīng)力分布盡量均勻，也就是盡量接近等應(yīng)力分布。這里可以引入材料利用率的概念，也就是在相同的最大應(yīng)力提前下，采用材料利用率最高的輪廓線。所謂材料利用率，就是彈簧的單位體積或重量所貯存的彈性能與理想等應(yīng)力梁的單位體積或重量所貯存的彈性能的比值。一般多片簧材料利用率￡=60%，變截面簧￡=75%?85%。②、但在設(shè)計(jì)時(shí)還要根據(jù)工藝和成本等因素來決定采用何種輪廓線。即使確定了基本的輪廓線之后，就每一類輪廓而言，也要合理地選擇尺寸參數(shù)，使它獲得最佳的材料利用率，才不會造成不必要的浪費(fèi)。當(dāng)然彈簧不僅僅承受彎曲應(yīng)力，所以還應(yīng)綜合考慮或計(jì)算根部接觸應(yīng)力，端部卷耳應(yīng)力等。有時(shí)為了降低接觸應(yīng)力或卷耳應(yīng)力，就必須犧牲一定的材料利用率。設(shè)計(jì)時(shí)，除了應(yīng)力核算外，還要保證所要求的剛度。四、多片鋼板彈簧的剛度和工作應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算多片鋼板彈簧的目的，也就是為了求得它的剛度，比應(yīng)力以及承載后的撓度、應(yīng)力等。此外還要計(jì)算總成裝配后各片的預(yù)應(yīng)力。 多片鋼板彈簧的計(jì)算，是建筑在一定的假設(shè)基礎(chǔ)上的。假設(shè)不同，計(jì)算結(jié)果也不同。有兩種最典型的，又是截然相反的假設(shè)，即共同曲率法和集中載荷法，實(shí)際的多片簧，往往不完全符合這兩種假設(shè)中的某一種，或者在工作過程中介于它們中間變化。1、共同曲率法： 按此假設(shè)，在任何負(fù)荷作用下，鋼板彈簧所有葉片彼此沿整個(gè)片長上無間隙地相接觸，這樣，在鋼板彈簧的任何截面上，相鄰的葉片都具有相同的曲率半徑。如果不計(jì)各葉片由于厚度形成的曲率半徑的差值按此假設(shè)，即同一截面的各葉片在任何負(fù)荷下都是曲率半徑相同。我們?nèi)绻麑⒍嗥匿摪鍙椈筛髌瑥闹行木€縱向切開，展成平面，組成一個(gè)新的單片彈簧，可以看到，這個(gè)單片簧的力學(xué)特征和做了共同曲率法假定的多片簧完全一樣的，這樣，就可以利用單片彈簧的計(jì)算方法來計(jì)算多片簧。所以共同曲率法又稱為展開法。 這時(shí)，又可以有兩種不同的方法來確立這根等效的單片簧。一種是以寬度為梯形狀的單片簧來代替多片簧，另一種是保留多片簧各葉片的端部形狀，以一種鋸齒形（階梯形狀）的單片簧來代替多片簧。（1）單片梯形梁的假設(shè) 將多片鋼板彈簧簡化為單片梯形梁，可以很容易地得到計(jì)算結(jié)果。這時(shí)只要對展開后的單片簧，將其端部總寬度和根部總寬度的邊緣聯(lián)成一線，就形成一根梯形梁，見上圖。利用材料力學(xué)小撓度梁的方法，導(dǎo)出的公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）?？梢杂脕碛?jì)算多片簧。其中根部慣性矩10。為各片慣性矩之和，端部慣性矩為主片等長的重疊片之和。當(dāng)各片厚度即慣性矩都相同時(shí) 對于各片厚度或慣性矩不同的多片簧，應(yīng)該按等效即慣性矩相當(dāng)?shù)姆椒▉泶_定各片的展開寬度，也就是展開后的各片厚度都彼此相同，但必須保證展開前后各片慣性矩不變，而寬度可以與原片不同。這樣按式（3）和（4）計(jì)算出的靜應(yīng)力和比應(yīng)力，只是根部的當(dāng)量或平均應(yīng)力、比應(yīng)力，并不反映各片根部的應(yīng)力、比應(yīng)力。 根據(jù)共同曲率法的假設(shè)，在同一截面上各片曲率半徑的變化值相同，則各片所承受的彎矩正比于慣性矩。又根據(jù)平衡條件，截面上各片彎矩之和等于外力引起的力矩，可以分別求出各自葉片根部的應(yīng)力和比應(yīng)力： （8） （9）式中：IK-第K片根部慣性矩WK-第K片的斷面系數(shù)還可以求出各葉片應(yīng)力沿片長的分布：..（10）式中：-在x長度處各片慣性矩之和，K為該處的片數(shù)。 IK、WK-在x長度處所計(jì)算葉片之慣性矩，斷面系數(shù)。（2）單片鋸齒形梁的假設(shè)（階梯形）將多片簧的葉片按等效的原則展開成為等厚的單片簧，而各片端部保留原狀，就形成一根邊緣為鋸齒形或階梯的梁，對于端部不切角不軋薄的葉片，展開后就成為有規(guī)則的垂直鋸齒狀。見上圖，同樣，可以利用材料力學(xué)求小撓度梁變形的方法，利用分段積分，求得梁的變形即撓度，或改寫成剛度公式。 對于對稱的半橢圓鋼板彈簧： .（11）式中：而-為主片之半長-為第K片之半長-為從第一片到第K片的慣性矩之和 -為修正系數(shù)根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)： 端部切角或軋薄頭取=0.85?0.87端部為矩形取 =0.88?0.92 以上公式稱巴希洛夫斯基公式，有的把它稱為計(jì)算剛度的精確公式，實(shí)際上，此公式并不精確，主要原因是它的數(shù)學(xué)模型中讓葉片端部都承受彎曲，即端點(diǎn)的斷面慣性矩都有效，這就違反了各葉端點(diǎn)不能承受彎矩的邊界條件，所以利用以上公式計(jì)算出來的剛度值要比實(shí)際測量值大得多，所以就引用了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來修正。 對于不對稱的半橢圓鋼板彈簧：???.（12）式中:而、為主片和第K片的另一半長2、集中載荷法 與共同曲率法的假設(shè)正相反，集中載荷法假設(shè)多片簧在任何負(fù)荷作用下，各葉片之間只在端點(diǎn)和根部無摩擦地接觸，只在這些部位有力的傳遞。所以，集中載荷法又稱端點(diǎn)法。 按照這樣的假設(shè)，多片簧的力學(xué)模型如圖所示。這里有n-1個(gè)未知力X2???.Xn，根據(jù)材料力學(xué)求梁變形的方法，可以對每個(gè)單片求其端點(diǎn)以及與下一片端點(diǎn)接觸處的變形，然后，根據(jù)變形一致原理，令相鄰兩片在端點(diǎn)接觸處的變形相等，即可得到n-1個(gè)方程式，經(jīng)整理后得：A2P+B2X2+C2X3=0A3X2+B3X3+C3X4=0 AKXK-1+BKXK+CKXK+1=0……AnXn-1+BnXn=0（13）式中的系數(shù)： 此方程組為n-1元線性方程，用代入法就可以解出X2???.Xn。知道了各單片的受力情況，就更容易求出其它的參數(shù)了。例如根據(jù)第一片承受的力P和X2,可以算出端點(diǎn)也就是彈簧總成的變形，進(jìn)而折換成剛度： （14）從式（13）解出X2代入式（14），就得到C位。同樣，可求出各單片的應(yīng)力分布。根部應(yīng)力：與下一端點(diǎn)接觸處的應(yīng)力： 因?yàn)楦鲉纹怀惺芗休d荷，故應(yīng)力分布呈折線狀。知道了這兩點(diǎn)的應(yīng)力值，就知道了沿片長的全部應(yīng)力值了。3、多片彈簧各單片長度的確定 在設(shè)計(jì)多片鋼板彈簧時(shí)，首先要確定各片長度，才有可能按上述的各種方法來計(jì)算剛度和應(yīng)力。本節(jié)所討論的，是當(dāng)主片長度確定之后，如何按各片的慣性矩來確定各片的長度?；谏鲜龅膬煞N假設(shè)，導(dǎo)出了兩種選擇長度的方法，展開作圖法和集中載荷法，下面主要介紹展開作圖法。展開作圖法： 根據(jù)上述等效的原則，對于主片無重疊者，可根據(jù)等應(yīng)力梁為三角形輪廓的原則，從U型螺栓跨距之半（下側(cè)邊）到主片端點(diǎn)（上側(cè)邊）連一直線，此直線與各單片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長度。 如果存在與主片等長的重疊片，就按梯形輪廓線來確定各片長度，即U型螺栓跨距之半（下側(cè)邊）至爆后一個(gè)重疊片的端點(diǎn)（上側(cè)邊）連一直線，此直線與各葉片的上側(cè)邊交點(diǎn)即為各片長度。五、汽車鋼板彈簧設(shè)計(jì)步驟汽車鋼板彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算過程，大致可分為三個(gè)階段，第一階段：鋼板彈簧基本參數(shù)計(jì)算；第二階段：鋼板彈簧裝車后的參數(shù)驗(yàn)算；第三階段：鋼板彈簧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1、鋼板彈簧基本參數(shù)計(jì)算（1）首先要確定與整車設(shè)計(jì)相關(guān)的基本參數(shù)①、彈簧上的載荷（簧上重量、懸架重量）簧上重量主要指作用在車輪以上的重量。根據(jù)總布置給定的軸荷減去非懸架重量，就是彈簧上的載荷。 非懸架重量是指位于鋼板彈簧以下的重量。指車輪、車軸等總成，把車輪與車身聯(lián)系起來的零件（傳動軸、縱拉桿、推力桿）的重量分為兩半，一半屬于非懸架重量，而另一半屬于懸架重量。鋼板彈簧的重量，正置裝配形式的四分之三屬于非懸架重量，平衡懸架鋼板彈簧重量的四分之一屬于非懸架重量。②、彈簧長度：（支點(diǎn)距） 彈簧長度涉及到整車的總布置，須與總布置商定，在總布置可能的情況下，增加彈簧長度可以降低比應(yīng)力，提高板簧的使用壽命，并能獲得良好平順性和操作穩(wěn)定性。（雙方商定或由主機(jī)廠負(fù)責(zé)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的給定）③、靜撓度f靜： 彈簧的靜撓度是指滿載靜負(fù)荷的彈簧的變形量，它是決定平順性的基本參數(shù)。 根據(jù)靜撓度，初步可以確定前、后懸架的自由振動頻率。靜撓度和自由振動頻率的關(guān)系可由下式表示： 選取較低的自振頻率，可以獲得良好的平順性。但是自振頻率過低，也就是說靜撓度過大，又會出現(xiàn)一些矛盾。a.自振頻率過低，則彈簧過軟，當(dāng)汽車制動時(shí)，便產(chǎn)生嚴(yán)重：“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身側(cè)傾加劇。b.靜撓度增大后，汽車在壞路面行駛時(shí)，就會經(jīng)常碰撞緩沖塊，為了避免經(jīng)常碰撞緩沖塊，則要求相應(yīng)地增加動撓度，這樣就會抬高車架各總成的位置，提高了汽車的重心，并引起汽車在不同載荷下車身高度變化較大。c.靜撓度和動撓度增加后，車輪的垂直位移增加，使汽車的操作穩(wěn)定性變壞。載重汽車在滿載時(shí)的自振頻率和靜撓度一般為： 前懸架N=100?125次/分，f靜=55?90mm。后懸架N=105?130次/分，f靜=50?80mm。 為了減少汽車行駛過程中產(chǎn)生縱向頻簸（縱向角振動），設(shè)計(jì)懸架時(shí)，前、后懸架的自振頻率應(yīng)盡可能接近。一般前、后頻率的比值取0.85?1。④、動撓度 在動載荷作用下，彈簧從靜載荷位置起，變形到結(jié)構(gòu)所容許的最大可能變形量。 一般?。ㄝd重車）⑤、滿載時(shí)彈簧弧高 一般希望當(dāng)汽車滿載時(shí)彈簧平直，使彈簧在對稱位置下工作，但考慮到彈簧在使用過程中會產(chǎn)生永久變形，所以通常取弧高為10?30mm。⑥、騎馬螺栓中心距主要用來計(jì)算裝車狀態(tài)時(shí)的剛度。若騎馬螺栓是斜直布置，騎馬螺栓中心距取上下的平均值。（2）鋼板彈簧基本參數(shù)和尺寸的確定 鋼板彈簧總成的剛度，比應(yīng)力和自由弧高一旦確定，這個(gè)鋼板彈簧的基本面貌也就確定了。這三個(gè)參數(shù)只取決于彈簧的尺寸規(guī)格，與外負(fù)荷的變化無關(guān)，故稱之謂鋼板彈簧的基本參數(shù)。①、剛度的確定當(dāng)靜撓度確定以后，鋼板彈簧期望的剛度C就可以由下式?jīng)Q定。 鋼板彈簧設(shè)計(jì)最理想的是設(shè)計(jì)成等應(yīng)力梁材料利用率最高，但實(shí)際上由于制造和結(jié)構(gòu)上的原因，鋼板彈簧不可能做成等應(yīng)力梁，而是介于等截面梁和等應(yīng)力之間，實(shí)際鋼板彈簧展開面是接近于梯形，因此計(jì)算時(shí)極近似于梯形多片鋼板彈簧的公式。對于半橢圓式鋼板彈簧 根據(jù)期望的剛度C來計(jì)算彈簧的幾個(gè)主要尺寸°a.形狀系數(shù)$：而。 先確定主片的重疊片數(shù)。1，然后估計(jì)總片數(shù)族根據(jù)兩者慣性矩的比值n，在代入上式?；蛘卟楸砬蟪鲂螤钕禂?shù)5ob.初定無效長度LS 我們把夾緊部位中的一部份看成不起作用的，稱為無效長度。因?yàn)閵A緊零件不可能是絕對剛性的，所以不可能將騎馬螺栓中心距內(nèi)的全部長度當(dāng)做無效長度。一般說，無效長度與騎馬螺栓中心距S成正比，但又和下列因素有關(guān)。1、彈簧底座和蓋板長度及端部園角。2、蓋板和彈簧之間是否留有間隙。3、蓋板和底座本身的剛性。4、彈簧和底座蓋板之間是否有軟墊。5、騎馬螺栓的拉伸剛度，取決于直徑和長度。6、騎馬螺栓的擰緊力矩。 這些影響因素?zé)o法用數(shù)學(xué)公式表達(dá)，我們只能將無效長度表示為：式中^——無效長度系數(shù)a取決于上述的各因素，只能靠試驗(yàn)來確定，從測定夾緊前、后的剛度變化來確定，或參數(shù)類似夾緊結(jié)構(gòu)來確定°a一般小于1，一般情況下取a=0.5。根據(jù)確定的螺馬螺栓中心距S，參數(shù)類似的結(jié)構(gòu)初定無效長度系數(shù)a，根據(jù)給定支點(diǎn)距L，按下式計(jì)算有效長度。c.總成總的慣性矩I。對于各片斷面相同的彈簧鋼板，其中n為總的片數(shù)，I為每片斷面慣性矩。 對于斷面不同的鋼板彈簧，其中IK表示各片自己的斷面慣性矩，。對于矩形斷面:d.材料的彈性模數(shù)E： 對于合金鋼一般均可取②、比應(yīng)力的計(jì)算 比應(yīng)力是單位變形所產(chǎn)生的應(yīng)力，反映在同樣撓度情況下應(yīng)力幅值的大小，是直接影響鋼板彈簧總成疲勞壽命的參數(shù)。對于半橢圓形鋼板彈簧： 式中總的慣性矩與總的斷面系數(shù)之比，對于矩形斷面，即為鋼板厚度的一半。建議比應(yīng)力值按以下范圍選?。?一般載重車前、后簧=450?550kgf/cm2/cm 越野車平衡懸架簧=650?800kgf/cm2/cm 載重車后懸架付簧=750?800kgf/cm2/cm如果所得的比應(yīng)力值不合適，就應(yīng)修改片厚和片數(shù)。修改后應(yīng)使根部總慣性矩盡量少變化，即剛度無明顯改變。最后按修改值再重算一次剛度。③、總成自由弧高的確定根據(jù)懸架布置要求所確定的滿載弧高H。按下式計(jì)算無載夾緊弧高H1：H1=fm+Ho 鋼板彈簧總成自由弧高： 由于騎馬螺栓夾緊后，將引起鋼板彈簧總成的弧高發(fā)生變化，其弧高變化量為，可以參照已有的類似彈簧的變化量或按下式計(jì)算夾緊所引起的弧高變化量。2、鋼板彈簧裝車后的參數(shù)驗(yàn)算。 經(jīng)過上面的計(jì)算，鋼板彈簧總成的基本規(guī)格（長度、寬度、厚度、片數(shù)）和基本參數(shù)（剛度、比應(yīng)力、自由弧高）就確定了。以下就根據(jù)所確定的基本參數(shù)來核算裝車后的狀況。（1）系統(tǒng)的自振頻率：按已知的彈簧負(fù)荷P和已選定的夾緊剛度C，先算出該負(fù)荷下的靜撓度。 這樣就可以算出該負(fù)荷下的自振頻率（次/分） 一般要計(jì)算滿載和空載兩種工況。（2）靜應(yīng)力按已確定的比應(yīng)力，即可算出對應(yīng)某靜撓度f的靜應(yīng)力。片厚不同的單片，比應(yīng)力不同，因此根部靜應(yīng)力也不同，主要計(jì)算滿載時(shí)的靜應(yīng)力。對于鋼板彈簧表面經(jīng)噴丸處理后，推薦滿載靜應(yīng)力值處在下列范圍：前簧：后主簧：后付簧：平衡彈簧： 由于材料和工藝條件的不斷進(jìn)步，設(shè)計(jì)所用的許用應(yīng)力值有逐步提高的趨勢。（3）極限應(yīng)力 鋼板彈簧達(dá)到極限動行程的應(yīng)力值稱極限應(yīng)力。 極限應(yīng)力由下式計(jì)算： 極限應(yīng)力的許用值為： 一般彈簧：W平衡彈簧：V 極限動行程的大小和汽車的使用條件以及所選用的滿載靜撓度值fm有關(guān)，可用下式表示：系數(shù)d的范圍可取城市用車輛d=2?2.5公路用車輛d=2?3.5越野車輛d>3.5可見，越柔軟的彈簧（fm越大）,就應(yīng)選擇較小的比應(yīng)力，才能保證彈簧的靜強(qiáng)度。 彈簧的軟硬不能用C反映，最終要與承載負(fù)荷聯(lián)系在一起。（4）前簧在最強(qiáng)制動時(shí)的強(qiáng)度校核：（縱扭校核） 設(shè)計(jì)前鋼板彈簧時(shí)，還必須校核強(qiáng)制動時(shí)的強(qiáng)度，以免根部縱扭塑變或卷耳損壞。這對重心較高、軸距較短的汽車，以及長度較短的前簧更為突出。①、工況的確定： 我國載重汽車的制動系統(tǒng)習(xí)慣采用較低同步附著系數(shù)，也就是說，在好路面上，都是后輪先抱死。我們從試驗(yàn)結(jié)果知道，制動拖印后，輪胎對地面的附著系數(shù)約下降20%。從這點(diǎn)出發(fā)，我們都按后輪附著系數(shù)下降20%來計(jì)算。都是把后輪制動力按0.8由計(jì)算，對于前輪，存在三種情況：a.前輪壓印，未抱死，附著系數(shù)全部利用，（最強(qiáng)制動狀態(tài)）。b.前輪拖印，也抱死，附著系數(shù)也下降20%，。 c.前制動器較小，達(dá)不到壓印程度，這時(shí)按制動器的最大力矩來計(jì)算。由=0.7由--輪胎對地面的附著系數(shù)由0=0.4由0--同步附著系數(shù)②、計(jì)算步驟：①前軸轉(zhuǎn)移負(fù)荷G1d:制動時(shí)前軸負(fù)荷要變大，按平衡條件，列出EX=0.EY=0.EM=0. 而靜止?fàn)顩r時(shí)：車的重心：G=G1+G2G（L-a）=G1L式中：T——重心處的總慣性力T1——前輪制動力（雙邊）G1d——前軸轉(zhuǎn)移后負(fù)荷G2d——后軸轉(zhuǎn)移后負(fù)荷G1——前軸靜負(fù)荷G2 后軸靜負(fù)荷L軸距 a——重心至前軸距離hg——重心離地高 前輪壓印時(shí)：代入①式導(dǎo)出： 前輪拖印抱死時(shí)，前輪制動力達(dá)不到壓印時(shí)：式中：MK——前制動器最大制動力矩（單邊）R——前輪半徑 以上根據(jù)具體車型制動器的參數(shù)，決定計(jì)算何種工況。若第三種工況的T1小于第一種工況，則按第三種工況計(jì)算，否則按一、二種工況計(jì)算。b.軸荷轉(zhuǎn)移后的前簧垂直負(fù)荷 式中：Gul——前懸架的非簧載重量Gld——分別被三種I況計(jì)算c.前簧承受的縱扭力矩將作用在地面的制動力T1對第一片取矩得： M=0.5T1（R+Al+Eh） 式中：A1——前輪中心至彈簧底面距離Eh——前簧總厚度 引用三種工況的計(jì)算結(jié)果，就可以分別算出三種工況下的前簧縱扭力矩。（4）前簧根部的縱扭平均應(yīng)力①、根部取U螺栓全部減掉Lr=L-S②、縱扭力矩均勻地分?jǐn)偟礁康那啊⒑髢啥?。③、按共同曲率法，只算平均（?dāng)量）應(yīng)力。 這樣計(jì)算的結(jié)果。r很高。我們認(rèn)為取6=0.7,并設(shè)定貨物重心高于車箱地板300mm來計(jì)算整車重心高度hg，這樣所得的應(yīng)力值，如不高于材料的屈服極限os可認(rèn)為是安全的。[or]Wos（12500?13000kgf/cm2）③、前簧卷耳應(yīng)力 按所求到的前輪制動力T1，來核算卷耳根部應(yīng)力，它由彎曲應(yīng)力和拉應(yīng)力合成，即式中：r——耳孔半徑 a1——主片中性層至受拉面距離， W1——主片斷面系數(shù) F1——主片斷面積 卷耳的許用應(yīng)力[。d]V3500kgf/cm2必要時(shí)后簧也要進(jìn)行制動工況和最大驅(qū)動工況的卷耳強(qiáng)度校核。3、鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)：由選型設(shè)計(jì)已知的規(guī)格尺寸及總成弧高，進(jìn)行具體的零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)，并計(jì)算有關(guān)的參數(shù)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容：（1）選擇各單片的長度，求各單片的弧高、曲率半徑（首先求出總成的曲率半徑）。（2）設(shè)計(jì)全部零件的結(jié)構(gòu)、尺寸、參數(shù)。（3）完成全部零件的工作圖。（一）、各片長度的確定：（1）確定長度的目的：盡可能使應(yīng)力在片間和片長方向的分布合理，使壽命可能的提高。（2）確定長度的方法：①展開作圖法②計(jì)算法（共同曲率法）（3）片長的修正①主片的修正：a.若兩端是滑板結(jié)構(gòu)（載重車的付簧、平衡懸架后簧）要增加足夠的滑動長度。b.有時(shí)還將端部制成與主片曲率不同的特殊曲率，以滿足主片與滑板接觸點(diǎn)的變化要求。c.若主片前端是卷耳，后端是滑板結(jié)構(gòu)，那末第二片前端應(yīng)是包耳結(jié)構(gòu)，后端的第二片或第三片最好要制成彎鉤，防止彈簧從滑板支架溜出，彎鉤的位置及尺寸取決于反跳限位行程。d.主片兩端為卷耳結(jié)構(gòu)，為了加強(qiáng)主片和保護(hù)卷耳，第二片前端常采用包耳結(jié)構(gòu)，以防止卷耳折斷后發(fā)生事故，第二片后端有時(shí)采用包1/4。②夾子片的修正：當(dāng)總成作用長度比較小，片數(shù)較多時(shí)，可能出現(xiàn)夾子布置位置比較小，有干涉現(xiàn)象，這是長度應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。修正方法：a.夾子片長度增加，夾子片下一片的長度減小。b.縮短鉚釘孔至端部的距離（最小20mm）。c.控制公差。③從應(yīng)力測定或使用中發(fā)現(xiàn)應(yīng)力分布不均勻，在使用中經(jīng)常某片某處斷裂，可適當(dāng)?shù)男拚L度以調(diào)整應(yīng)力分布。（4）片端形狀的確定： 在確定片長的同時(shí)，應(yīng)根據(jù)要求，考慮片端所采用的形狀。①、端部為矩形：制造簡單，在載重汽車上廣泛使用。但是，這種簧片因壓力集中，將引起各片應(yīng)力分布不均，因而增加了它們之間的摩擦和磨損。并有噪音，另外，也增加了自重。②、端部為梯形：與等應(yīng)力梁較為近似，在某種程度上克服了矩形端的缺點(diǎn)，重量輕、端部接觸比較柔和、摩擦磨損比較小、應(yīng)力分布有所改善、噪音比矩形小。但在制造上增加了一邊剪切工序，在載重汽車上也使用得較多。③、端部軋扁成斜錐（或加襯墊）：是按等應(yīng)力梁的原則壓延其端部而得到必要的變截面形狀。這樣改善了應(yīng)力分布情況，增加了片間的彈性，減少了片間的摩擦，降低了噪音，也減輕了自重，目前在我廠已較為廣泛的采用。（二）各片工作應(yīng)力的計(jì)算：（1）計(jì)算各片工作應(yīng)力的目的：①檢查片長的設(shè)計(jì)合理性。計(jì)算結(jié)果與應(yīng)力測定進(jìn)行比較。②為選取各單片，裝配后的預(yù)應(yīng)力。ok提供參考尺度。（2）各片工作應(yīng)力的計(jì)算方法：①集中載荷法:如果是為了選取預(yù)應(yīng)力，采用此種方法比較合適，因短片的根部應(yīng)力往