悬架螺旋弹簧的设计PPT课件

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6
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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
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）
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螺旋弹簧可分为线性弹簧（刚度ks为常数）和非线性弹 簧（刚度ks为变量）两种。非线性弹簧可通过采用锥簧、 变螺距、锥形变截面钢丝等手段来实现，卷制前钢丝的形 状见图1。
图1
2
C型弹簧钢丝单端逐渐变粗（也有两端的）采取复杂的 墩粗工艺来实现，其制造成本猛增，例如Audi 100轿车 前悬架弹簧便是如此。其目的在于提高端圈的刚度，避免 端圈与邻圈接触后（在A点）增加额外的接触应力，引起 应力集中，从而降低弹簧
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
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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
mm
Lw 预加载荷Fw下的弹簧长度 mm
LB 弹簧并圈时的长度
mm
Ln 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
f1车轮压缩行程
f2s=f2/ iX
f2 车轮拉伸行程
ks=k×iX×iy 度
k车轮处的悬架刚
— 作用于弹簧上的最大力
Fsmax=Fs+F1=Fs+ks×f1/iX
弹簧在压缩行程时受力值
F1=ksf1s=ks×f1/iX
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— 弹簧在全行程内的平均承受力Fa
Fa= 0.9ks（f1s+ f2s）/2
的疲劳寿命，见图2。
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
其紧凑性好，弹簧圈内可装减
震器、缓冲块和烛式悬架导向
柱。
图2
3
弹簧端部型式是个重要因素，汽车行驶时，弹簧 端部相对支承产生转动，常会产生不愉快的噪音。 弹簧托盘的适当形状，可保证切成直角的弹簧端头 相对支承不动，C类弹簧总成本最低，弹簧端并紧并 磨削成平面是比较昂贵的结构型式（A型），以A型 为基准，定义它为100%，对其它结构型式进行成本 比较，见图3，4。 A型弹簧具有制造简单的优点； 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
τiA=0.24σbminb1/(υδ)=0.24×1600×0.99(1.1×1.1)
= 314 MPa
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3）计算作用于弹簧上的力Fs、弹簧压缩行程f1s、 弹簧复原行程f2s和弹簧刚度ks
— Fs=Gw×iy
Gw 单轮上的质量（抛去非悬架质量） N
iy车轮与弹簧之间的力传动比
— f1s=f1/ iX
τ 考虑钢丝弯曲的允许剪切应力 MPa
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6. 计算顺序
首先确定钢丝的公差,以便用最小的直径dmin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 10 ～20 20 ～28 ＞28
±0.05 ±0.08 ±0.10 ±0.15
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1) 根据弹簧中径D0计算ξ=Do/d 和系数δ : 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
图8
剪切应力比较小时，则要求重复计算。
用开始算得的理想应力与重新算得的
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理想应力相比的方法，可以很容易地将上面所得到的较大 （或小）的钢丝直径进行修正。
7
图5
8
4.
15 d 7(d)2d3
4Do8 Do Do
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
应力上限值的函数。 Do越小则旋绕比越小δ值越
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大。因此，弹簧能承受的应力
将降低，材料的利用性变坏，
承载后，弹簧的稳定性变坏。
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
根据钢丝直径d，许用应力上限值的降低曲线(图7)查出 系数b0值.
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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b0=0.98 则τ=0.63 σs b0/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:
4） 根据以上计算而得的力 Fsmax、 Fa及刚度ks，然后根据这些值计算比
值y1及y2：
y1=Fsmax/τi
y2=Fa/τiA 5） 用y值中较大的一个来计算
d 3 m in
2.55D0y1
最小钢丝直径dmin
d 3 m in
2.55D0y1
将求得的钢丝直径dmin与初步确定的
钢丝直径dmin进行比较，如果理想的
1. 前言 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。
案。
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AB
CD
图3
EF
5
图4
6
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