后悬架螺旋弹簧设计计算说明书

后悬架圆锥形螺旋弹簧设计说明书

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2006年8月

一、 已知条件

Rear Spring

Rear axle weight 44%=748 Kg Mid Laden (1046 Gross) Wheel total 374 Kg

Unsprung mass 45 Kg per wheel Sprung Mass 329Kg

Nominal Overall (outside) diameter 126 mm Top Diameter 110mm Bottom Diameter 143mm

Free Length (rebound = 15mm) 326mm Mid Laden length 238mm

Fully Compressed length 165mm

Rate 4.507Kg/ mm

Frequency 90 cycles (1.5Hz)

二、

参数计算

弹簧类型：等节距圆锥形螺旋弹簧。

1、选择材料、初定弹簧丝直径d 、大圈半径2R 、小圈半径1R

汽车后悬架所受冲击大，需选用弹性好，疲劳强度较高的材料，故选用热轧弹簧钢（GB1222）60Si2MnA 。受冲击载荷，属于Ⅱ类弹簧。

初选弹簧丝直径16d =mm 。

初选大圈半径268R mm =、小圈半径160R m m =。

2、初算弹簧刚度

已知“Free Length 326mm 、Mid Laden length 238mm ”，即弹簧自由高度为326mm ，当后轴承重748Kg 时其高度为238mm 。 由虎克定律F K x

=

，得弹簧圈开始接触前刚度P '：

3299.8326238

P ⨯'=- 36.6386/N m m =

取37/P N m m '= 即43.710/N m ⨯

3、有效圈数n 、节距t 、在自由状态下的有效圈n 的高度n H 、自由高度0H

4

22

212116()()

G d

n P R R R R =

'++

104

4

2

2

7.810

0.016

16 3.710(0.0680.06)(0.0680.06)

⨯⨯=

⨯⨯⨯++

8.2028=

取有效圈数 8n =。

于是，弹簧圈开始接触前刚度P '变为：

4

2

2212116()()

G d

P n R R R R '=

++

10

4

2

2

7.810

0.016

168(0.0680.06)(0.0680.06)

⨯⨯=

⨯⨯++

4

3.7910/N m =⨯ 即37.9/N m m 。

取当端部并紧，弹簧的磨平支承圈为1圈，即

211s s n n ==。

此时，总圈数1n 与有效圈数n 的关系为：

12n n =+

因此，弹簧总圈数为110n =圈。

自由高度0H ： 01.5n H H d =+

又知自由高度0326H =mm 。故 0 1.5326 1.516302n H H d =-=-⨯=mm 。

由302n H nt ==mm 得，节距37.75t = mm ，取 37t =mm 。 故在自由状态下的有效圈n 的高度：296n H nt ==

自由高度0H ：0n H H d =+29616 1.5320=+⨯= mm

4、压并时圈间中心高度d '、压并时的有效高度b H

d d '=

1= 15.97= mm

因 21R R nd -< 故压并时的有效高度

b H nd = 128= mm

5、最大半径支承圈半径2R '、最小半径支承圈半径1R '、展开长度L

2

2R R '=+ （1）

6868.5m m

=+

=

11()n d R R R R -'=-

（2）

6059.5m m =-

=121()L n R R π=+

(82)(6860)π=++ 4019=mm

6、弹簧圈开始接触时的载荷z P 、变形z F 、应力z τ

()43

2

64z G d

P t d R '=

-

()

10

4

3

3

7.8100.016

0.0370.01597640.068

5.3410N

⨯⨯=

-⨯=⨯

()4

4

2

1

4

2116z

z P n

F R

R R R G d

=

--

()3

4

4

10

4

8

16 5.3410

0.068

0.06

0.0680.067.8100.016

141m m

⨯⨯=

--⨯⨯=

2

3

16z z R K

P d

τπ=

其中， 41

0.615

44

C K C C -=+

-，22R C d

=

解得：

1.1724K =。

故 2

3

16z z

R K

P d

τπ=

3

3

8

160.068

1.1724 5.3410

0.016

5.2910529Pa M Pa

π⨯=⨯

⨯⨯⨯=⨯=

因材料为热轧弹簧钢（GB1222）60Si2MnA ，属于Ⅱ类弹簧 故压缩弹簧许用切应力590p M P a τ=。 可见，z p ττ<，校核合格。

7、弹簧圈完全压并时的载荷b P 、变形b F 、应力b τ

()43

1

64b G d

P t d R

'=

-

()

10

4

3

3

7.8100.016

0.0370.01597640.06

7.7810N

⨯⨯=

-⨯=⨯

()b F n t d '=-

()83715.97

168m m

=-=

1

3

16b b R K

P d

τπ=

3

3

8

160.060

1.17247.7810

0.016

6.8110681Pa M Pa

π⨯=⨯

⨯⨯⨯=⨯=

因载荷类型为Ⅱ类

故工作极限切应力 1.25 1.25590738j p M Pa ττ==⨯= 可见，b j ττ<，校核合格。

8、强度验算