板簧设计

汽车钢板弹簧设计1、结构优缺点分析，决定设计的结构方案。2、确定钢板弹簧材料许应力，根据静挠度fc用《材料力学》简支梁挠度公式，初步确定钢板截面尺寸、、形状、惯性矩、片数。3、根据已知的板簧支点距离，U型螺栓距离、片数，用作图法求得各片钢板弦长，作图比例1:1，长度单位cm，或根据作图法的几何关系算出各片弦长。4、验证钢板弹簧总成挠度和刚度，分两种状态验算。A.钢板弹簧总成在U型螺栓夹紧时的挠度、刚度、频率是否满足设计要求，若不满足则重新决定钢板弹簧片的尺寸和片数后再来验算。B.前一状态满足后，就计算钢板弹簧总成没有用U型螺栓夹紧时，即钢板弹簧总成在自由状态下的挠度，作为总成出厂检验用，应在图纸上标明。以上两种状态计算方法，均按【汽车设计】表9-4进行。5、钢板弹簧各片强度计算，可按【汽车设计】表9-6进行6、确定各片的预应力，钢板弹簧在未受到外载荷作用时，钢板弹簧的任何截面中，各片预应力所造成的弯矩之代数和等于0.7、钢板弹簧总成在U型螺栓夹紧下，空载时的弧高计算和钢板弹簧总成在自由状态下弧高计算。8、计算钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径R0.9、计算各片钢板在自由状态下的曲率半径Ri，直至接近为止。10、计算各片钢板弧长（各片钢板在支承点之间的实际长度）。11、绘图：在各片钢板处于伸直状态下绘制总成图。制图符合常规要求外，图上还需要列表注明各片钢板实际长度、曲率半径、总成检验弧高。12、钢板弹簧总成在极限工况下的长度验算。13、钢板弹簧卷耳和销轴的验算。14、卷耳衬套的设计和验算。I0:根部惯性矩I0=𝐛𝐡𝟑𝟏𝟐W0:根部断面系数W0=𝐛𝐡𝟐𝟔C=𝟏𝛅*𝟒𝟖𝐄𝐈𝟎𝐋𝟑汽车多片钢板弹簧主要设计算计式与参数表对称钢板弹簧不对称钢板弹簧参数许用值（推荐）刚度Cj=48EI0/[(L-S/2)3δ]S：平直段长度Cj=3EL2I0[L12(L2-S/4)2+L22(L1-S/4)2]δ弹性模量E=2.058*105N/mm2弹性极限σe=90kg/mm2=882N/mm2屈服极限σs=120-125kg/mm2=1176-1225N/mm2抗拉强度σb=125-130kg/mm2=1225-1274N/mm2比应力：前后簧δ=4.41-5.39N/mm2/mm副簧δ=7.35-8.33N/mm2/mm平衡簧δ=6.37-7.84N/mm2/mm静挠度Fj=pm(L-S/2)3δ/(48EI0)Fj=【L12(L2-s/4)2+L22(L1-S/4)2】δpm/(3EL2I0)静应力σ=比应力𝛔=12EI0/[(L-S/2)2δ各片厚度相同时I0/W0=aσs和σB详见弹簧钢标准形状系数δ=𝟑（𝟏−𝛈）𝟑【𝟏𝟐-2η+η2（𝟑𝟐-lnη）】各片厚度相同时δ=1.5/1.04【1+1/（2η）】静应力：前簧σ=343-441N/mm2后簧σ=441-539N/mm2副簧σ=196-245N/mm2平衡簧σ=343-441N/mm2卷耳应力：σ≤35kg/mm2=343N/mm2静挠度阻力系数：满载负荷Pm=Cjσm/δ验证负荷Pe=Cjσe/δ预压负荷Ps=Cjσs/δ各片长度Li=(Lz/2-Ld/2)h3/∑𝐡𝐢𝟑等厚度时LI=(Lz/2-Ld/2)/nLz/Ld…作用长/短片长n…小于Lz的片数：满载自振频率：Nm=300/Fj1/2(次/分，Fj-cm)动挠度FdFd=dFj1/2曲率半径弧长计算：1、根据H/L查表..Q值—R=L/Q2、R=L2/(8H)（近似计算）弦长计算：R=[H2+（L/2）2]/（2H）H=R-(R2-L2/4)1/2前簧Nm=100-110（次/分）(FJ=74.5-90mm)后簧Nmm=110-125mm（Fj=57.5-74.5mm）根部极限应力：σmax=δ(Fj+Fd)一般簧σmax≤882-980N/mm2平衡簧σmax≤σb≤1323N/m城市用车辆d=2-2.5公路用车辆d=2.5-3.5越野车辆d＞3.5知各弧高求总弧高知总弧高求单弧高片间间隙D=【（Rn+Sn-Hn+1）2+2Hn+1(Rn+Sn-Rn+1)】1/2-(Rn+Sn-Hn+1)Rn…曲率半径Sn…片厚Hn+1下片弧高等截面板簧的设计要点与思路一、钢板弹簧设计的已知条件1、总成类型：a前簧、后簧、副簧或平衡簧；b等截面簧、变截面簧或复合簧。2、性能参数：轴空载负荷、轴满载负荷、轴非簧载负荷（一般不考虑），静挠度Fj(一般先给一个范围)，动挠度Fa，满载弧高H0,弹簧固定点至路面距离c，满载时汽车总重量。满载负荷Pm=(轴满载负荷-轴非簧载负荷)/2.3、装车尺寸：作用长度.前半段长度.钢板弹簧宽度B.装车结构及尺寸（主片/末片）.骑马螺栓夹紧距离s.4其它要求：材料及截面形状.配套件.油漆及颜色.标识。二、钢板弹簧的设计计算公式参数名称对称钢板弹簧不对称钢板弹簧刚度Cj=48EI0/[(L-s/2)3δ]或=Pm/FjCj=3EL2I0/[(L12(L2-S/4)3+L22(L1-S/4)3)δ]或=Pm/Fj静挠度Fj=δPm(L-S/2)3/(48EI0)或=σm/δFj=[L12(L2-S/4)3+L22(L1-S/4)3]δpm/（3EL2I0）或=σm/δ根部静应力σm=Pm(L-S/2)/(4W0)σm=PmL1(L2-S/2)/(LW0)或=PmL2(L1-S/2)/(LW0)P1=PL2/(L1+L2)P2=PL1/(L1+L2)Pm=P1+P2Cj=(L1C1+L2C2)/(L1+L2)比应力𝛔=12EI0/[(L-S/2)2δW0]𝛔=σm/Fj各片厚度相同时I0/W0=a或=σm/Fj最大应力σmax=6Eh(Fj+Fd)/[(L-S/2)2δ]σm=PmL1(L2-S/2)h1/(2I0L)或=PmL2(L1-S/2)h1/(2I0L)h1最厚片厚度形状系数δ=3/（1-η）3【1/2-2η+η2（3/2-lnη）】各片厚度相同时δ=1.5/1.04【1+1/（2η）】满载负荷Pm=Cjσm/δ验证负荷Pe=Cjσe/δ预压负荷Ps=Cjσs/δ各片长度Li=（LZ/2-Ld/2）h3/∑𝐡𝐢𝟑等厚度时Li=（Lz/2-Ld/2）/nLz/Ld…作用长/短片长利用左面公式，分别计算前、后半段的长度n…小于Lz的片数主片厚度h=(L-S/2)2δ[σ]/6EFj)H=2δ(L1-S/4)(L2-S/4)[σ]/(3EFj)片宽度6＜B/h＜12惯性矩厚度相同时：I0=（L-S/2）3δPm/(48EFJ)厚度相同时：I0=(L1-S/4)2(L2-S/4)δPm/[3E(L-S/2)Fj]厚度不同，利用求和公式计算厚度不同，利用求和公式计算片数曲率半径弧长计算：1、根据H/L查表….Q值R=L/Q2、R=L2/(8H)(近似计算)弦长计算：R=【H2+(L/2)2】/(2H)H=R-(R2-L2/4)1/2知单片弧高厚度相同：H=L2*∑(𝐇𝐢𝐋𝐢)/∑𝐥𝐢求总成弧高厚度不同时：H=(L2/8)*∑(𝐈𝐢𝐋𝐢𝐑𝐢)/∑𝐈𝐢𝐋𝐢知总成弧高求单片弧高Hi=（Li2/8）(1/R0+2σ0i/Ehi)R0…总成自由曲率半径。σ0i…第i片装配预应力片间间隙D=[(Ri+Si-Hi+1)+2Hi+1(Ri+Si-Ri+1)]1/2-(Ri+Si-Hi+1)R…曲率半径Si…片厚Hi+1…下片弧高三、钢板弹簧的设计步骤与设计计算1、刚度、片数、片厚、片长、和工作应力的计算A、初算刚度.根据Ci=Pm/Fj(Fj取中间值)B、计算I0C、初选厚度，计算I（公式见附3：与钢板弹簧有关的计算公式）D、计算片数n.E、按“钢板弹簧的设计计算公式”，计算根部应力σm、比应力σ和最大应力σmaxF、依据“附1：钢板弹簧的设计参数许用值”，综合考虑.确定片厚和片数。G、计算片长：正确选择各片的片长，可使应力在片间和片长中分布合理，以达到各片等寿命的目的：通常对板簧设计人员而言，主片长度（作用长度）及端部结构为已知。主片长度确定之后，其它各片长度、可按各片的惯性矩来确定（本文介绍展开作图法）：横坐标为片长，纵坐标为等效宽度（即hi3）,从U型螺栓夹紧距之半（下侧边）到主片叠片的最后一片的端点（上侧点）连一直线，此直线与各片的上侧边交点即为各片长度（末片长度为已知时，按给定长度设计）（如图1）。用公式计算时：II=(LZ/2-Ld/2)h3/∑𝐡𝐢𝟑,等厚时II=(Lz/2-Ld/2)/n.Lz/Ld…作用长/短片长n…小于里Lz的片数（含末片）。H、精确计算静挠度Fj，从而精确计算刚度Cj2、弧高计算A、计算公式总成自由弧高H0=Hm+Fj+△总成自由曲率半径R0=L2/(8H0)夹紧弧高变化量△=【L2/(L-S/2)2-1】HB：符号说明Hm：满载弧高Fj：静挠度△:夹紧弧高变化量R0:曲率半径H：总成夹紧无载弧高附1.钢板弹簧的设计参数许用值设计参数许用值（推荐）弹性模量E=2.058*105N/mm弹性极限σe=90kg/mm2=882N/mm2屈服极限σs=120-125kg/mm2=1176-1225N/mm2抗拉强度σb=125-130kg/mm2=1225-1274N/mm2σs和σB详见弹簧钢标准比应力：前后簧：σ=4.41-5.39N/mm2/mm副簧：σ=7.35-8.33N/mm2/mm平衡簧:σ=6.37-7.84N/mm2/mm静应力：前簧σ=343-441N/mm2后簧σ=441-539N/mm2副簧σ=196-245N/mm2平衡簧σ=343-441N/mm2卷耳应力：σ≤35kg/mm2=343N/mm2静挠度阻力系数：满载自振频率：Nm=300/Fj1/2(次/分，Fj-cm)前簧Nm=100-110（次/分）(FJ=74.5-90mm)后簧Nmm=110-125mm（Fj=57.5-74.5mm）根部极限应力：σmax=δ(Fj+Fd)一般簧:σmax≤882-980N/mm2平衡簧:σmax≤σb≤1323N/m动挠度FdFd=dFj1/2城市用车辆d=2-2.5公路用车辆d=2.5-3.5越野车辆d＞3.5附录2：钢板弹簧总成类型的参数许用值参数名称许用值参数名称许用值前静应力（N/mm2）340-450后静应力（N/mm2）430-550比应力（N/mm2/mm）4.35-5.5比应力（N/mm2/mm）4.3-5.5工作应力（N/mm2）540工作应力（N/mm2）540工作极限应力（N/mm2）1000工作极限应力（N/mm2）1000卷耳应力（N/mm2）350卷耳应力（N/mm2）350制动应力（N/mm2）1000制动应力（N/mm2）1000静挠度（mm）50-110静挠度（mm）50-110簧动挠度（mm）35-110簧动挠度（mm）35-110付簧动挠度（mm）190-250平衡簧动挠度（mm）330-450比应力（N/mm2/mm）7.3-8.5比应力（N/mm2/mm）6.3-7.9工作应力（N/mm2）540工作应力（N/mm2）540工作极限应力（N/mm2）1000工作极限应力（N/mm2）1000卷耳应力（N/mm2）（无）卷耳应力（N/mm2）350制动应力（N/mm2）1000制动应力（N/mm2）1000静挠度（mm）50-110静挠度（mm）动挠度（mm）35-110动挠度（mm）附录3：与钢板弹簧有关的计算公式参数名称平板截面单面双槽截面惯性矩（mm4）I=Bh3/12-0.02368h或I=（B-0.15h）h3/12中性层aA=h/2A=[0.5Bh-(1.5b2h-0.73096bh2+0.08601h3)/(2b-0.57735h)]/(B-b+0.201725h)(mm)(至受拉面.b双槽宽度)断面系数W(mm3)W=I/a=I/h/2=2I/h(3个惯性矩I)受拉面Wmax=I/a受拉面W