轿车悬架螺旋弹簧的设计
螺旋弹簧横向稳定杆减振器设计指南
减振器储油缸直径 Dc = (1.35 ~ 1.57)D ，工作缸与储油缸壁厚一般取 1.5～2.0 mm 。
选择减振器尺寸时主要考虑一下两点：在工作速度范围内油液压力适当，能够得到稳定的阻力值，
8
容易保证油封的可靠性；减振器具有足够的散热面积，防止因温度过高引起阻力衰减或减振器早期失效。 作缸径的确定：
可根据减振器最大拉伸阻力和最大允许压力近似求出工作缸径。
( ) D = 4Fmax (mm) πp 1 − λ2 式中： D －作缸径， mm ； p －工作缸允许最大压力，一般为 3～4 N / mm2 ； F max －减振器最大拉伸阻力， N ; λ －减振器杆直径与工作缸之比，双筒减振器为 0.4～0.5，单筒减振器为 0.3～0.35。
Cϕb
=
1 2
⋅
P f
L2
=
3 EIL2
(6)
l l 2⎢⎣⎡
3 − a3 + L (a + b)2 + 4
1
2
2 2
(b
+
c
)⎥⎦⎤
当角钢度给定时，可求得所需要的稳定杆直径 d 为
l l d
=
4
128 3π
⋅
Cϕb L2 E
⎡ ⎢⎣
3 − a3 + 1 (a + b)2 + 4
1
2
2 2
(b
+
c
)⎥⎦⎤
（7） 按弹簧指数 C = Dm / d 及 K ' 的表达式（见式 24 下的说明求得 K ' ，运用式（24）求出载荷 P1 ，
汽车用螺旋弹簧设计和制造知识概述
汽车用螺旋弹簧设计和制造知识概述汽车用螺旋弹簧是一种用于汽车悬挂系统的重要零件，它起到支撑和缓冲的作用。
螺旋弹簧的设计和制造需要考虑多个因素，包括弹簧材料的选择、弹簧形状和尺寸的确定以及弹簧的制造工艺等。
在本文中，我们将对汽车用螺旋弹簧的设计和制造知识进行概述。
首先，弹簧材料的选择是设计和制造螺旋弹簧的关键因素之一、常用的弹簧材料包括钢材、不锈钢和合金钢等。
这些材料具有良好的弹性和耐腐蚀性能，能够承受汽车悬挂系统的重载和长时间的使用。
根据不同的应用需求，可以选择不同材料的弹簧，以实现最佳的性能。
其次，弹簧形状和尺寸的确定是设计螺旋弹簧的另一个重要因素。
螺旋弹簧的形状通常为圆柱形或锥形。
圆柱形弹簧适用于一般的悬挂系统，而锥形弹簧适用于需要更大的弹簧变率和负载的悬挂系统。
弹簧的尺寸包括弹簧直径、线径、螺距和总圈数等，这些参数决定了弹簧的刚度和负载能力。
设计师需要根据所需的悬挂系统要求确定合适的尺寸。
弹簧的制造工艺也是设计和制造螺旋弹簧的重要环节。
常用的制造工艺包括热处理、卷制和磨光。
热处理是通过加热和冷却的过程来改善弹簧的强度和弹性，以提高弹簧的使用寿命和性能。
卷制是将钢丝卷绕成螺旋形状，并进行调直和切割，以获得所需的尺寸和形状。
磨光是对弹簧进行表面处理，以提高弹簧的使用寿命和耐腐蚀性。
最后，弹簧的质量控制也是制造螺旋弹簧的关键步骤之一、弹簧的质量控制包括原材料的检验、生产过程的控制和成品的检测。
原材料的检验主要是对弹簧材料的拉伸强度、硬度和化学成分等进行测试，以确保材料符合标准要求。
生产过程的控制包括对弹簧卷制、热处理和磨光等工艺的控制，以确保每个环节的质量稳定。
成品的检测主要是对弹簧的尺寸、刚度和负载能力等进行测试，以确保成品符合设计要求。
综上所述，汽车用螺旋弹簧的设计和制造涉及多个方面的知识和技术。
弹簧材料的选择、形状和尺寸的确定、制造工艺和质量控制等都对最终产品的性能和可靠性有着重要影响。
对于设计师和制造商来说，了解和掌握这些知识和技术是保证汽车用螺旋弹簧质量和性能的关键。
汽车用螺旋弹簧设计和制造知识概述
可参照表3计算：
总圈数n1
n+1.5 n+2 n+2.5 n+2 n+2.5
自有高度H0 nt+d
nt+1.5d nt+2d nt+3d nt+3.5d
端部形式
两端圈磨平 两端圈不磨
压缩弹簧的典型图样
以下两种表达方式皆可：
弹簧技术要求含：
1. 总圈数 2. 工作圈数 3. 绕制方向 4. 表面处理 5. 制造技术条件 6. 设计计算参数
C
旋绕比
K
应力修正系数
K 4C 1 0.615
t
弹簧节距
4C 4 C
mm
F1 Ip
弹簧安装时的予加载荷 N 材料截面极惯性矩 ， 圆形截面为
Ip
d 4
32
mm4
圆柱螺旋压缩弹簧的计算公式
1. 载荷 F 与变形 f 的简化计算式：
f
FD3n
4GI p
8FD3n Gd 4
8FC 3n Gd
2. 载荷与应力的计算式：
除此之外，喷丸处理还可消除弹簧表面的 疵点、脱碳（严重降低弹簧的疲劳强度） 和微小缺陷，从而消除或减少了疲劳源。
应当指出，喷丸后的弹簧长度会变短，制定 工艺时应予以考虑。喷丸处理和强化处理 可同时在重要弹簧上采用，譬如悬架弹簧。
弹簧的表面处理
1.弹簧的金属保护层： 镀锌处理：锌在干燥空气中较安定，不变化。在 潮湿空气中会产生一层氧化锌白色薄膜，它可阻 止弹簧继续遭受腐蚀，可用于弹簧在一般大气条 件下防腐。凡是与硫酸、盐酸和苛性钠相接触的 弹簧则不宜用镀锌处理。 镀锌后的弹簧还可经钝化处理，藉以进一步提高 保护性能和增加美观。 镀锌层厚一般在6-24微米范围内选取。
汽车用螺旋弹簧设计
汽车用螺旋弹簧设计首先，弹簧的材料选择是设计的关键。
汽车用螺旋弹簧通常使用高强度钢材料，如碳素钢或合金钢。
这样的材料具有高弹性模量和足够的强度，可以实现弹簧在各种路况下的良好性能。
此外，弹簧还需要具有一定的韧性，以避免弯曲或断裂。
其次，弹簧的形状设计是设计的另一个重要方面。
弹簧的形状设计应该充分考虑到悬挂系统的工作条件和实际需求。
通常，常见的弹簧形状有圆螺旋弹簧、圆柱形螺旋弹簧和合相螺旋弹簧等。
各种形状的弹簧在不同的悬挂系统中有不同的适用性和优势。
例如，合相螺旋弹簧可以提供更好的悬挂和减震效果，而圆螺旋弹簧则更适合在平稳路面上使用。
第三，弹簧的尺寸确定是设计过程中的重要一环。
弹簧的尺寸直接影响着弹簧的刚度和负载能力。
通常，弹簧的刚度应根据车辆的重量和载荷来确定。
在设计弹簧尺寸时，还需考虑到车辆的悬挂系统种类、位置和工作条件等因素。
例如，前后悬挂系统可能需要不同的尺寸和刚度的弹簧。
在汽车用螺旋弹簧的设计中，还需要考虑到弹簧的耐久性和疲劳寿命。
弹簧在长时间的使用过程中会受到不断的压缩和伸展，这可能导致材料的疲劳和弯曲。
为了提高弹簧的寿命，可以采用表面处理或热处理等工艺来提高其强度和韧性。
此外，在设计过程中，还需要考虑到弹簧的制造技术和工艺。
螺旋弹簧通常是通过冷却卷制，然后进行喷砂和表面处理来改善其表面质量。
在制造过程中，还需要确保弹簧的材料均匀性和尺寸精度，以保证其性能的稳定性和可靠性。
总之，汽车用螺旋弹簧的设计需要考虑到材料选择、形状设计、尺寸确定、耐久性和制造技术等多个因素。
合理的设计能够提高汽车悬挂系统的舒适性和安全性，为驾驶者带来更好的行驶体验。
螺旋弹簧的设计计算
编制：校对：审核：螺旋弹簧只能承受垂直载荷，在此载荷作用下钢丝产生扭转应力。
螺旋弹簧的主要尺寸是平均直径D，钢丝直径d和工作圈数n。
在设计汽车悬架螺旋弹簧时，先根据平顺性的要求确定悬架的偏频（悬架的刚度），再利用公式①计算一侧悬架的刚度C（虚拟弹簧的刚度）：①其中是单边簧载质量转换成载荷即为：②对于麦弗逊悬架有：③弹簧在轴向力（静载荷）的作用下的扭转应力为：= ④其中，是工作应力；D是簧圈平均直径；d是弹簧钢丝直径；是旋绕比，=D/d；是考虑剪力与与簧圈曲率影响的校正系数：⑤弹簧的刚度为⑥其中是弹簧的静挠度；G是切变模量，n是弹簧的工作圈数。
选好旋绕比之后，可以从式⑤计算出，则由④可得：⑦D=·d其中需用扭转应力=材料最大应力/安全系数从式⑥可以得到：⑧最大弹簧力为：⑨从式⑥可得：⑩弹簧的总圈数一般比工作圈数n多1.5～2圈。
弹簧受最大压力时，相邻圈之间的间隙应该保持在0.5～1.5mm，防止弹簧运动过程中产生并圈的风险。
将⑧带入④中得：同理，动载荷下的扭转应力为螺旋弹簧的最大应力为：在逆向设计中，弹簧的载荷和高度是已知的，需要选用相应的材料，以及合适的弹簧钢丝，可以通过式⑦计算出弹簧的钢丝直径，根据企业标准要求，弹簧要求在极限行程内，以2.5Hz的频率运动，在40万次之内不允许断裂，如果安全系数选的过小，1.1以下，那么基本上是无法保证试验通过的。
此外弹簧的疲劳寿命还受到表面硬度的影响，如果弹簧的表面硬度过高，即二次喷丸的工艺控制不够好，会导致弹簧的表面微裂纹随着运动而越来越多，最终导致弹簧断裂。
另外，弹簧材料也会影响弹簧的疲劳寿命，如果弹簧钢丝内部杂质过多，带状组织过于严重，就会严重影响弹簧的疲劳寿命，这弹簧设计时也要充分考虑的。
对于螺旋弹簧不仅要对个参数进行设计计算，更要对弹簧的耐久性能充分考虑，因为弹簧在使用过程中如果因为耐久性能差造成断裂，那就是致命的缺陷。
悬架--弹簧设计指南(3)
1.2弹簧、稳定杆设计不管悬架的类型如何演变，从结构功能而言，它都是有弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。
1.2.1 弹性元件弹性元件主要作用是传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂直载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。
在现用的弹性元件中主要有三种；（1）钢板弹簧，（2）扭杆弹簧，（3）螺旋弹簧。
1.2.1.1钢板弹簧设计板弹簧具有结构简单，制造、维修方便；除作为弹性元件外，还兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用；在车架或车身上两点支承，受力合理；可实现变刚度，应用广泛。
1.2.1.1.1钢板弹簧布置方案1.2.1.1.1.1钢板弹簧在整车上布置(a) 横置；这种布置方式必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂，质量加大，只在少数轻、微车上应用。
(b) 纵置；这种布置方式的钢板弹簧能传递各种力和力矩，结构简单，在汽车上得到广泛应用。
1.2.1.1.1.2 纵置钢板弹簧布置(a)对称式；钢板弹簧中部在车轴（车桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离相等，多数汽车上采用对称式钢板弹簧。
(b)非对称式；由于整车布置原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又要改变轴距或通过变化轴荷分配的目的时，采用非对称式钢板弹簧。
1.2.1.1.2钢板弹簧主要参数确定初始条件：G~满载静止时汽车前轴（桥）负荷1G~满载静止时汽车后轴（桥）负荷2G~前簧下部分荷重U1G~后簧下部分荷重2UF=(G1-G1U)/2 ~前单个钢板弹簧载荷W1F=(G2-G2U)/2 ~后单个钢板弹簧载荷2Wf～悬架的静挠度；d f－悬架的动挠度c1L～汽车轴距；a)满载弧高af满载弧高指钢板弹簧装在车轴（车桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差。
af用来保证汽车具有给定的高度。
当af=0时，钢板弹簧在对称位置上工作。
为在车架高度已确定时得到足够的动挠度，常取af= 10～20mm。
麦弗逊悬架侧载螺旋弹簧优化设计
图 8所示为仿真获
得的 减 振 器 上 支 点 受 力
曲线 ,与图 4相比可以看
出 ,垂向力 Fz 与原 悬架 模型垂向力基本一致 , 保
证了 悬 架 垂 向 刚 度 不 变
的设 计 目 标 ; 侧 向 力 Fy 则显著降低 ,在整个弹簧 压缩行程中接近于零 ,有
图 8 具有侧载弹簧的减 振器上支点受力
· 744 ·
汽 车 工 程
2006年 (第 28卷 )第 8期
种车型采用侧载弹簧代替普通的螺旋弹簧 。 文中以某国产轿车麦弗逊悬架为例 ,采用侧载
弹簧代替传统的螺旋弹簧 ,对其进行优化设计 ,以降 低减振器侧载 ,优化设计流程如图 2所示 。首先 ,在 ADAM S软件环境下建立悬架多体动力学模型 ,进行 仿真分析 ,将减振器受力情况作为侧载弹簧的设计 目标 。然后 ,在 ANSYS下进行侧载弹簧有限元建模 和仿真 ,将仿真结果与设计目标进行比较 ,若侧向力 与减振器上支点的侧向分力相同且保持原有的悬架 垂向刚度 ,则认为模型参数最优 ;否则 ,修改参数重 新进行建模与仿真 ,直到获得最优解 。根据优化的 设计参数试制侧载弹簧 ,并进行台架试验 ,验证了有 限元模型的正确性 。最后 ,将有限元模型导入多体 动力学模型中 ,建立刚柔耦合模型并进行仿真 ,进一 步验证优化设计的合理性 。
Op tim ization Design of Side Load Coil Sp rings for M acPherson Suspension
L iu J iang1 , Y u Fan1 & L ou L em ing2
11 Institu te of A utom otive Eng ineering, S hanghai J iaotong U niversity, S hangha i 200030; 21Ch ina S pring Factory, S hanghai 200071
汽车减震板弹簧和螺旋弹簧得加工工艺流程
汽车减震板弹簧和螺旋弹簧得加工工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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轿车悬架螺旋弹簧设计-全文可读
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
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
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。
AB
C
D
图3
EF
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
c ） 测量用的弹簧外径 D=D0+d
mm
d） 弹簧总圈数ig 、工作圈数i0 、螺旋方向
e ） 弹簧特性曲线
11） 弹簧的热处理硬度： 通常使用60Si2MnA 制造弹簧 。经热处理后 的硬度为HRc42-48
12） 提高弹簧使用寿命的有效措施 :
汽车悬架螺旋弹簧使用寿命较其它大多数零部件要低 ， 这是由于以下 因素的影响造成的 。
4[1].4螺旋弹簧悬架设计
![4[1].4螺旋弹簧悬架设计](https://img.taocdn.com/s3/m/6ffda9cb89eb172ded63b7e1.png)
4.4螺旋弹簧悬架设计螺旋弹簧作为弹性元件，由于其结构简单、制造方便及有高的比能容量，因此在现代轻型以下汽车的悬架中应用相当普遍，特别是在轿车中，由于要求良好的乘坐舒适性和悬架导向机构在大摆动量下仍具有保持车轮定位角的能力，因此螺旋弹簧悬架早就取代了钢板弹簧。
螺旋弹簧在悬架布置中可在弹簧内部安装减振器、行程限位器或导向柱使结构紧凑。
通过采用变节距的或用变直径弹簧钢丝绕制的或两者同时采用的弹簧结构，可以实现变刚度特性。
1.螺旋弹簧的刚度及应力计算螺旋弹簧在其轴向载荷P 作用下的变形f 为428Gdi PD f m ⋅= （4－26） 式中m D ——弹簧中径，mm ；d ——弹簧钢丝直径，mm ；i ——弹簧工作圈数；G ——弹簧材料的剪切弹性模量，取4103.8⨯MPa 。
因此弹簧刚度iD Gd f P C m s ⋅==348 (4－27) 弹簧在压缩时其工作方式与扭杆类似，都是靠材料的剪切变形吸收能量，弹簧钢丝表面的剪应力为2'3'88dPCK d K PD m ππτ== Mpa （4－28） 式中C ——弹簧指数(旋绕比)，d D C m /=；'K ——曲度系数，为考虑簧圈曲率对强度影响的系数，C C C K 615.04414'+--=。
（4－29）对于前面讨论的直的扭杆，其表面的剪应力呈均匀分布，而螺旋弹簧钢丝表面的剪应力则相对复杂。
在静载状态下，这种截面内的应力分布不均匀可以忽略不计，但在承受动载时，由于弹簧内侧应力水平较高并且应力变化幅值也更大，导致螺旋弹簧的失效总是发生在内侧。
为了在设计时考虑内侧应力的增大，引入修正系数'K 。
一般情况下，弹簧钢的许用剪应力[]τ与许用拉应力[]σ成比例关系，通常情况下，可以取[]τ＝0.63[]σ。
2.弹簧端部形状螺旋弹簧端部可以碾细、并紧，直角切断或向内弯曲，典型结构如图4—15所示。
其中(a)为两端碾细，亦即在绕制弹簧之前先将钢丝两端碾细，碾细部分长度在绕后约占240°，末端厚度为钢丝直径的1／3左右，绕成后末端几乎贴紧相邻一圈弹簧。
汽车悬架系统弹簧刚度的优化设计讲解
②将路面与车轮之间的磨擦所产生的驱动力和制动力，传输至底盘和车身。
③支承车桥上的车身，并使车身与车轮之间保持适当的几何关系。
典型的汽车悬架结构由弹性元件、减震器以及导向机构等组成，这三部分分别起缓冲，减振和传递力的作用。绝大多数悬架具有螺旋弹簧和减振器结构。
悬架弹簧在汽车行驶过程中，需要承受高频往复的压缩运动，有着缓冲、减振的作用，它质量的好坏对车辆稳定性、安全性有着关键性的作用。乘用车对悬架弹簧的性能要求比较高，需要具有噪声低、振动小、弹性好、稳定性好、舒适度高等特性；商用车（重型及超重型载货车）则需要高强度的悬架弹簧。当今，悬架弹簧的研发趋势总体上为轻量化（高应力）、高可靠性。因此，悬架弹簧应力要求为大于1100MPa，高的需达到1200MPa。
第2章汽车悬架弹簧的基本特性及分析
2.1 汽车悬架弹簧的基本作用与分类
悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在车身与车轴之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷，并衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆自身的动载荷。
悬架基本功用：
1.2.2悬架弹簧的研究现状
弹簧是一种能量储放的弹性元件，在我国古代，弓和弩就是弹簧性能的典型应用。而严格意义上提出弹簧概念的则是英国科学家虎克。在虎克时代，弹簧己经被广泛应用，但是人们完整认识弹簧还是因为“虎克定理”的出现，“虎克定理”表明弹簧的伸长量与其承受载荷的大小成正比的应力与变形之间的对应关系。弹簧逐渐的从概念变成现实，从理论走向工程，并被广泛运用于生活、生产和工程的各个领域[1]。
螺旋弹簧独立悬架原理
螺旋弹簧独立悬架原理
螺旋弹簧独立悬架是一种汽车悬挂系统，其中使用螺旋弹簧来代替传统的悬挂弹簧。
这种悬挂系统通常用于货车和大型客车，因为它们需要更长的悬挂行程来适应不同的路面。
螺旋弹簧独立悬架的原理是通过螺旋弹簧来吸收道路上的颠簸和震动，从而提高车辆的舒适性和行驶稳定性。
螺旋弹簧通常安装在两个悬挂支柱之间，支柱支撑车身，而螺旋弹簧则支撑车轮。
当车辆经过颠簸或震动时，螺旋弹簧会吸收这些震动，从而减轻车辆悬挂系统的负担，提高车辆的舒适性。
此外，螺旋弹簧独立悬架还具有独立的悬挂系统，每个车轮都可以单独控制。
这种独立的悬挂系统可以使车辆在不同的路面上行驶，从而提高车辆的行驶稳定性和操控性。
1/ 1。
JASO_C605汽车悬架螺旋弹簧
7 材料
用于弹簧的钢种应按照表 3.
表 3 弹簧用钢
钢种
所用标准
SUP 7
JIS G 4801
SUP 9
SUP 9A
SUP 12
SWOSM-C
JIS G 3560
SWOSC-B
8 喷丸
喷丸应适用于弹簧。
喷丸条件应由供货双方协议决定。
9 弹簧组
弹簧组应适用于弹簧。
弹簧组和热成型的工艺条件应由供货双方协议决定。
荷的挠度超过总挠度的 80%时，上述规则应适用于在 80%的总挠度。
（4）自由长度、总旋数和刚性长度
未规定自由长度、总旋数和刚性长度。
图 1 螺旋外表面垂直度测量方法
图 2 螺旋形状 圆柱螺旋弹簧
部分锥形螺旋弹簧
圆锥螺栓弹簧 鼓行螺旋弹簧
4.4 螺旋端部形状 （1）在热成形弹簧中，端部生产成直部。 这些被称为切线尾端。具有切线尾端的弹簧，长度 L 包括直部，直部本身长度 l 的极限 应根据图 3。 图 3 具有切线尾端的螺旋端部形状
10 涂漆
通常，弹簧应涂漆。
涂漆规范由供货双方协议决定。
11 测试弹簧特性的方法
11.1 规定长度的载荷
（1）对于弹簧施加的载荷，弹簧的轴线和载荷方向应对齐，且应使用对应于每个端部
形状的夹具。
（2）最大载荷加载一次后，应读取在规定长度保持的载荷。
备注：应该设置在规定长度的载荷，使加载时的变形是最大载荷变形时的 20%~80%。
汽车悬架螺旋弹簧 1 范围 本标准规定了用于除两轮车辆以外的汽车悬架螺旋弹簧（以下简称为弹簧）。 备注：本标准适用的标准如下: JIS B 0103 弹簧词汇 JIS G 3560 机械弹簧的油回火钢丝 JIS G 4801 弹簧钢 2 术语和定义 本标准所使用的术语定义见 JIS B 0103。 3 弹簧特性和公差
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轿车悬架螺旋弹簧的设计
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。
状见图1。
图1
应力集中，从而降低弹簧
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
震器、缓冲块和烛式悬架导向
柱。
图2
为基准，定义它为100%，对其它结构型式进行成本
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
计算扭转应力τ时应考虑螺旋曲率影响的系数δ,比其许应力上限值的函数。
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628
7451ξξλ++=
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
f 1车轮压缩行程mm
f 1s 弹簧压缩行程mm
f 2车轮拉伸行程mm
f 2s 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
L o 弹簧自由长度mm
Lw 预加载荷Fw下的弹簧长度mm
L B 弹簧并圈时的长度
mm L n 最小工作长度mm
Su 弹簧螺线之间的间隙之和mm
ξ=Do/d 旋绕比
λ 弹簧的稳定系数
τ 考虑钢丝弯曲的允许剪切应力MPa
首先确定钢丝的公差,以便用最小的直径d min进行计算。
因为直径在很窄的公差带内变动，就会导致弹簧刚度显著改变。
例如直径为20mm的钢丝，若采用±0.2mm的公差(即±1%)时，刚度变化可达±4%。
公差制定过严将导致成本上升，根据经验数据推荐公差如下：
允许偏差：d＜10mm ±0.05
10 ～20 ±0.08
20 ～28 ±0.10
＞28 ±0.15
先初步设定d值，求出ξ后根据图6查得系数δ。
2）查出弹簧所用材料的屈服极限σs 和抗拉强度σb MPa 取弹簧钢的扭转屈服极限约为τ=0.63 σs ,为了能在充分利用材料能力的条件下制造出轻量结构,应该选取强度贮备系数υ=1.05-1.10 ,则许用扭转应力为:
τ=0.63 σs b0/υ
系数b0值.
则：
汽车悬架弹簧一般采用60Si2MnA 弹簧钢丝冷卷而成，其抗拉强度
σb =1600-1850 MPa 屈服极限
σs =1450 MPa
取υ=1.1 按d=11.5mm,查图7得b 0=0.98
则τ=0.63 σs b 0/υ=0.63×1450×0.98/1.1=812 MPa
当曲率影响的系数δ=1.1时,理想的弹簧扭转剪切应力τi τi =τ/δ=812/1.1=740 MPa
许用应力幅是最大极限强度的函数,并在υ=1.1 b1=0.99以及δ=1.1的条件下计算其值:
τiA =0.24σb min b 1/(υδ)=0.24×1600×0.99(1.1×1.1)
= 314 MPa
×
—Fs=Gw×i y
Gw 单轮上的质量（抛去非悬架质量）N
i y车轮与弹簧之间的力传动比
—f 1s=f1/ i X f1车轮压缩行程f2s=f2/ i X f2 车轮拉伸行程
ks=k×i X×i y k车轮处的悬架刚
度
—作用于弹簧上的最大力
弹簧在压缩行程时受力值
F1=ksf1s=ks×f1/i X
4）根据以上计算而得的力Fs max、Fa 及刚度ks ，然后根据这些值计算比
y 2=Fa/τi A 钢丝直径d min 进行比较，如果理想的
图8
剪切应力比较小时，则要求重复计算。
31
0min 55.2y D d =
算将用到平均直径。
当钢丝直径小于20mm时，允许偏差为3/d d ττ=0D k i S =
将工作圈数i0精确到小数点1位即可，同时在弹簧两端各加上3/4圈，就可得到弹簧总圈数ig
ig= i0+1.5
7) 求对汽车姿态有影响的有关参数:
—预加载荷Fw下的弹簧长度Lw。
Lw下限值取决于最小工作高度L n ，即略大于弹簧并圈长度L B。
确定L n时，应利用钢丝最大直径d max=d+0.08(上偏差)。
此时需要验算缓冲块是否完全被压缩至2H/3（H为缓冲块自由高度）；弹簧压缩后的高度不应小于L n。
弹簧并圈长度L B= ig×d max
L n= L B+Sa Sa 是螺旋间的最小间隙
Sa=χd max i0
χ 可根据旋绕比ξ=Do/d 由图9中查得。
图9
λ=L0/D0
稳定系数λ与弹簧相对变形的关系见图10。
在曲线A区域是不稳定区，在给定的相对变形（L0-L B）/L0条件下，
λ超过允许值时，弹簧将丧失稳定性。
图10
如果按λ值计算出相对变形（L 0-L B ）/L 0的值与图10所查得的值不同且落入A 区，就必需增大弹簧中径Do ，否则弹簧将发生纵向弯曲，处于不稳定状态。
9）再一次验算以下弹簧参数：
a ）弹簧刚度N/mm
b ）最大应力N/m ㎡
c ）应力幅mm
应主意：弹簧刚度的改变导致力Fsmax 或Fa 的增加或减少，因而将影响应力值。
10）弹簧图纸上需标明的参数：
a）载荷Fw下的弹簧长度Lw（安装高度）。
安装高度的检查，是在规定的高度条件下，用计量簧载的办法实现。
因而，必须对检验载荷给出偏差，通常将预加载荷Fw 作为检验载荷。
对于大量生产的弹簧，预加力Fw 的允差T p 约为5% Fw 。
可计算如下：
Tp =±｛0.5[1.5mm+0.03(L 0-L B )]ks+0.01F w ｝
将数字圆整后在图纸上标注为:当载荷为F w ±Tp 时,弹簧高度为L w
30054/10D i d k S ⨯=i d D F ττ≤=3min 0max max /55.2iA S i a ia F F τττ≤=max max /9.0
弹簧高度公差T w= Tp/ks
若将T w乘以传递比i x即可得到车轮和车身之间测得的弹簧行程变化量△f= T w×i x, 它将导致汽车高度减少或增加,从而响应地减小拉伸或压缩行程. 此外,当一侧弹簧是正偏差而另一侧弹簧出现负偏差时,这种安装会引起左右高低不一致的不良后果.为避免类似现象,可将弹簧分组涂上相应的标记, 应按实际尺寸在公差带范围内的分布情况进行分组,一般按载荷的变化量分为上、中、下三级。
b）弹簧刚度ks N/mm
弹簧刚度同样有公差，其值推荐为：当工作圈数i0≤4时，公差
为±7%Ks，当i0＞4时，为±5%ks 。
d）弹簧总圈数ig、工作圈数i0、螺旋方向
e）弹簧特性曲线
12）提高弹簧使用寿命的有效措施:
汽车悬架螺旋弹簧使用寿命较其它大多数零部件要低，这是由于以下因素的影响造成的。
因制造过程产生表面遗留的裂痕、摺迭、凹痕、发裂、脱碳等缺陷造成应力集中，使材料的耐疲劳极限急剧降低引起先期损坏。
研究人员通过喷丸处理和塑性压缩等方法，使弹簧表面达到强化目的，较大幅度地提高弹簧的使用寿命。
a）喷丸处理：过去老式喷丸使用的是0.4-2mm的铁丸，喷丸速度达
到60-80米/秒。
近代都采用喷钢丸，这些钢丸用φ0.8mm弹簧钢丝,在
自动机上切成0.8mm的圆柱体，掺入旧钢丸中，经抛丸机以12米/秒
喷丸处理的冷作强化：工作时，弹簧表面受拉应力之作用而损坏，
经喷丸处理后的弹簧表面产生一层具有残余压应力的薄壳，钢在压缩
状态下的耐疲劳极限，要比拉伸状态下的耐疲劳极限高出两倍多。
b）塑性压缩强化：强化性质基本与喷丸处理相似。
弹簧经热处理及喷丸后，进行压缩弹簧令它的工作应力接近疲劳极限，造成弹簧表面产生残余压应力以达到提高疲劳寿命的目的。
这种工艺过程，有些制
造商称为“弹簧立定试验”，也有人称为“沉压试验”。