毕业论文-zl悬架.doc

目录 第一章 绪言及总论1.1汽车工业概况1.2 毕业设计任务第二章 悬架概述2.1 功用2.2 组成2.3 设计要求第三章 悬架结构形势分析3.1 非独立悬架和独立悬架 3.1.1独立悬架结构形势分析3.2 前后悬架方案的选择3.3 辅助元件结构分析3.3.1 横向稳定3.3.2 缓冲块3.4 减振器简介第四章 汽车钢板弹簧的计算与设计4.1钢板弹簧应力的计算公式和工作应力的选择4.2钢板弹簧主要应力的选择4.2.1与总布置商定的主要参数4.2.2页片端面尺寸和片数的确定4.2.3钢板弹簧刚度的计算4.2.4钢板弹簧叶片在自由状态下曲率半径及钢板弹簧总成的计算4.3钢板弹簧强度的验算4.3.1钢板弹簧极限工况的验算第五章 提高钢板弹簧使用寿命的途径5.1提高表面质量，强化涂片处理5.2改进热处理工艺5.3改进钢板弹簧材料第六章钢板弹簧工艺 6.1弹簧材料 6.2弹簧的制造工艺6.3工艺流程图6.4环境保护和技术经济结束语附录1 翻译资料附录2 轻型客车前悬架设计参数的电算程序参考文献 摘要 悬架是指车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。一般由弹性元件、减振器、导向机构组成。可分为独立悬架和非独立悬架两大类。两个车轮用一个刚性轴连接的悬架叫非独立悬架系统。 独立悬架的弹性元件有钢板弹簧和螺旋弹簧等。 悬架系统在保证汽车具有良好的形式平顺性和操纵稳定性方面起着至关重要的作用。悬架系统应该具有隔离高频振动，保证汽车具有良好的行驶平顺性的功能，同时对低频震动不起明显衰减作用，一是汽车具有良好的操纵性。 悬架系统分为：传统的被动悬架系统、半主动悬架系统、主动悬架系统。主动悬架虽然性能优良但造价太高。而半主动悬架则介于被动悬架系统和主动悬架系统和主动悬架系统之间的一种这种的方法。 本文论述了各种形式的悬架的优缺点。在选定轻型客车的钱悬架为非独立悬架后，利用理论计算选用实弹的参数，进行钢板弹簧的设计和计算。关键词： 悬架、钢板弹簧、平顺性、操纵稳定性 AbstractSuspension system is all apparatus that between body and wheels. Suspension system is composed of elastic element , shock absorber and so on . The tow wheels are connected with one rigid are independent system use leaf spring or other spring.Suspension plays an extremely import part in improving vehicle ride comfort and handing stability .It should not only isolate higher frequency roading inputs, which influence the handing stability . The suspension system is classified into the passive suspension system, semi-active suspension system, active suspension system. The active suspension system removes the restriction of all of the suspension system . but its cost is high in handware. And the semi-active suspension and active suspension system .During the graduation design. I analyze the advantages and disadvantages of all kinds of suspension system . After that, I choose the leaf spring as the elastic element of forward suspension system . I have designed and counted the leaf spring.key words: suspension system, leaf spring, ride comfort, handing stability第一章 绪论及总论 1.1 汽车工业概況当前，汽车已进入人类社会各个领域。工业、农业、商业与国际贸易、教育、科技、文化、艺术、卫生保健、国防以及其它各项建设事业，以至人类的现代化生活及家庭，都与汽车有紧密的联系。汽车已成为人们日常生活、生产、学习、生活、旅行中最方便的交通工具，成为发达国家每个家庭的生活必需品，成为现代社会的象征。例如，1981年美国平均每人一年有出行里程为11.988km，其中自用轿车的比率竞达83.8%，如果再加上乘公共汽车，则乘汽车的比率高达85.5%，而乘火车及飞机的比率总共不超过14.5%。在美国的客运中轿车之所以占了这样高的比率，是由于人们的日常工作、生活都离不开自用轿车的缘故。在其他发达国家情况也类似，即以汽车为客运手段比率在逐年增加，且已走过铁路、水路和空运的比率之和。随着“城市化”水平的提高，汽车运输的比率将继续提高。我国城镇人口比率不高，“城市化”水平较低，不仅低于发达国家的“城市化”水平，而且低于世界平均水平，那么，汽车在我国国民经济及人民中的地位又是怎样的呢？众所用知，长期以来就是我国国民经济的一个薄弱环节，是国家计划重点发展的一项事业，而汽车运输又是现代运输中与国民经济及人民出版生活联系最紧密，使用最广泛、最方便、最及时的交通手段。我国广大地区不是铁路、水运、空运所能到达的，汽车便成为深入这些地区唯一可行的机动交通工具。即使在铁路、水运、空运沿线，也需要汽车将分散在各处的物资集中到车站、港口和机场后才能转运。短途运输甚至较长途的鲜品运输，用汽车比用火车的经济效益要好。这是因为汽车运输的运行时间和通车地域方面具有火车无法比拟的机动性和“门对门运输”的优点，与铁路运输相比，它既可缩短运输时间又杜绝了中间转运时多次装卸的损失。因此在国外，不仅在客运中，而且在货运中，汽车运输占有的比率逐年增加，我国也必然会顺应这一发展趋势。由于公路建设具有周期相对短、适应地区广、地方和群众也可以筹建等特点，再加上已实现公路通车的地区带来的经济迅速发展和繁荣等明显效果，人们终于得出了“要想富，修公路”的结论，特别是那些既无铁路双无水运的我国广大农村，汽车则成为唯一可行的高效运输工具。火车、轮船和飞机只能做城市间的交通工具，而城市内的交通，是离不开汽车的。过去，我国城市交通结构基本上是公共汽车、电车加上自行车体系，由于公交事业的投资有限，城市乘车难的问题长期得不到解决，过多的发展自行车又会使道路挑肥拥挤、管理困难、事故不断。小轿车方便，高效、舒适、快速、安全。如以轿车在城市平均车速为40km/h计，比目前地面公交车时速16km/h提高2.5倍，比自行车平均时速10km/h快4倍。积极而适当地发展公务、出租，尤其是自用小轿车，不仅会方便人们的工作、生活，提高办事效率，改善城市交通状况，而且由于小轿车的日常活动半径可以很大，因此，在城市工作的人们可大量的移居远郊区、县城甚至农村，这不仅可以控制城市化规模、避免人口过于集中，对于农村建设、消灭城乡差别，也会有积极意义。特别应指出的是，没有汽车运输，就不会有我国城乡国民经济的大发展。由上述可见，即使对我们这样一个发展中国家来说，汽车也已成为国民经济以及各项事业和人民生活、学习、工作、生产等活动不可缺少的交通工具。大力发展汽车工业特别是轿车工业，大力发展汽车运输业，已成为我国兴旺发达、实现四个现代化的极为重要的条件。悬架是现代汽车的重要组成之一，它对汽车的作用已被人们广泛重视并已对悬架设计进行深层次的研究和改进，使之更适应现代汽车性能的要求。悬架对汽车性能有很大的影响，不仅影响汽车的舒适性，而且影响汽车的其他性能，例如对汽车的操纵稳定性、制动性、通过性以及汽车的燃料经济性都有不同程度的影响，因此改进悬架性能就是不同程度上改善汽车总成的各项指标，使汽车在现代生活中显示其优越性。由于现代汽车各项性能的提高，对悬架的要求也日益提高，悬架的结构形式不断改进和完善，由普通的钢板弹簧、螺旋弹簧悬架发展到以扭杆弹簧、空气弹簧、气体弹簧及橡胶弹簧为弹性元件的悬架。目前，汽车悬架都已形成具有各种形式和工作特点的独立部分，国内外都在进行更深层次的研究。11 毕业设计任务设计题目：轻型客车前悬架设计（钢板弹簧）主要技术参数：整车质量：4.5吨，前轴簧上质量：1110kg，轴距：3600mm,钢板弹簧中心距：96mm，钢板弹簧安装长度：1280mm,轮胎型号：7.00-16，滚动半径：369mm内容及工作量：1 进行方案认证；2 确定设计方案；3 进行设计计算；4 绘制总成及零件图，4张A0（2张手绘，2张机绘）；5 翻译相关外文资料，不少于5000字；6 编写设计说明书，不少于2万字。第二章悬架概述21 功用悬架是现代汽车上的重要组成之一，它把悬架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来。其主要任务是传递作用在车轮（或车身）之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架（和车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行使平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。目前，已有的悬架大致可分为三类，1） 简单悬架：由钢板弹簧、扭杆弹簧、螺旋弹簧等简单性元件加阻尼器组成的悬架；2） 半主动悬架：由空气弹簧、磁性弹簧等简单元件组成的可部分调控参数和姿态的悬架；3） 主动悬架：基于现代控制理论研制的，能根据路面和车速自动调控参数和姿态的悬架。由于后两种悬架造价很高，主要用于对舒适性要求较高的乘用车。至于载客汽车，大多数采用简单悬架，应用于最为广泛的是钢板弹簧加阻尼器的形式。其原因的两点，1）载客汽车对平顺性的要求较小型乘用车底，采用复杂悬架的必要性不大；2）钢板弹簧制造简单，可靠性和经济性较好。后一点尤其适用于我国国情。因此，发展简单悬架的设计理论仍具有重要且长远的意义。22 组成悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲器和横向稳定性器等组成。导向装置由导向杆系统组成，用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，并传递除弹性元件传递的行走力以外的各种力和力矩。当采用纵置钢板弹簧做弹性元件时，它兼起导向装置的作用。缓冲块用来减轻车轴对车架的直接冲击，防止弹性元件产生过大的变形。装有横向稳定器的汽车，能减少转变行驶时车身的侧倾角和横向振动。23 设计要求在具体悬架系统设计时应考虑以下几个因素对整车性能的影响：1 前后簧的伸直长度：在结构空间允许的条件下适当加长板簧长度，不仅可提高其强度，增加其使用寿命，且对前簧而言，工作时销后倾角变化较小，可提高行驶稳定性。2 左右板簧的间距：应尽可能大些，以提高车辆的曲线行驶性能，增强抗侧倾能力。3 板簧的支点布置高度位置：应有利于车辆产生不足转向趋势。对于固定支点在板簧前端的前悬架，其固定支点应略高于吊耳支点，而对固定支点在板簧前端后悬架，其固定支点应低于吊耳支点。4 板簧的跳动：应与转向运动协调，尽量使板簧与转向直拉杆不发生运动干涉，否则将损害行驶稳定性。5 非簧载质量：应尽可能小，有利于高频共振区车身的振动加速度的减小，并可减小车轮离开地面的机率，提高行驶平稳性和操纵稳定性。非簧载质量包括车桥质量（后桥包括主减速器，前桥包括转向梯形机构等）以及转向节、钢板弹簧、减振器、转向直拉杆等车架与车桥连接构件重量之半，故板簧设计时应力求轻量化。6 减振器及其布置形式：减振器对行驶安全性和平顺性都有重要意义，可阻止车轮跳离地面，保证良好的地面附着性，可抑制车身的振动。减振器的安装应尽量靠外侧，并垂直布置，以便能够迅速衰减车身的侧倾。对悬架提出的设计要求：1） 保证汽车有良好的行驶平顺性。2） 具有合适的衰减振动的能力。3） 保证书汽车具有良好的操纵稳定性。4） 汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转变时车身侧倾角要合适。5） 有良好的隔声能力。6） 结构紧凑、占空间尺寸要小。7） 可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩。在满足零部件质量要小的同时还要保证足够的强度和寿命。钢板弹簧作为汽车悬架的弹性元件，因其结构简单、技术成熟，获得了广泛的应用。不仅广泛地应用于客车的前后悬架上，而且在轿车的后悬架上也占有一席之地。为了满足汽车具有良好的行驶平顺性的要求，要求由簧上质量与弹性元件组成的振动系统的固定频率应在合适的频段，且尽可能低。前悬架固有频率略低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架撞击车架。在簧上质量变化的情况下，车身高度变化要小，因此，应采用非线性弹性悬架。汽车在不平路面行驶时，由于悬架的作用，使汽车产生垂直振动。为了迅速衰减这种振动和抑制车身、车轮的共振，减小车轮的振幅，悬架应装有减振器，并使之有合理的阻尼。利用减振器的阻尼作用，使汽车的振动振幅连续减小，直至停止振动。要正确地选择悬架方案和参数，在车轮上、下跳动时，使主销定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之稍在不足转向。独立悬架导向杆系铰链处多采用橡胶衬套，能隔绝车轮所受的来自路面的冲击车身的传递。近年来，主动悬架的出现不仅能很好的提高汽车行驶平顺性能，而且能更好地保持车厢姿态，减少侧倾、纵倾。第三章悬架结构式形式分析31 非独立悬架和独立悬架悬架可分为独立悬架和非独立悬架两类。非独立悬架的结构特点是左、右车轮用一根整体轴连接，在经过悬架与车架连接。独立悬架的结构特点是左、右车轮通过各自的悬架与车轮连接。图3.1 非独立悬架和独立悬架简图（a） 非独立悬架 （b） 独立悬架图3.2 非独立悬架左、右车轮通过不平路面时的相互影响以纵置钢板为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架，其主要优点是结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是由于整车布置形式的限制，钢板弹簧不可能性有足够的长度（特别是前悬架），使之钢度较大，所以汽车平顺性较差；簧下质量大；在不平的路面行驶时，左、右车轮相互影响，使车轴（桥）和车身倾斜（图3。2）；当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，会产生不利的轴转向特性；汽车转弯行驶时，试离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间，这种悬架主要用在轻型客车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架上。独立悬架的优点是：簧下质量小；悬架占用的空间小；弹性元件只承受垂直力。所以可以用刚度较小的弹簧，使车身振动频率降低，改善了汽车行驶的平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降。又改善了汽车行驶的稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。独立悬架的缺点是结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于轿车和部分轻型客车、大客车及越野车上。311 独立悬架结构形式分析独立悬架又分为双横臂式、单横臂式、双纵臂式、单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊式和扭转梁随机动臂式等几种。对于不同结构形式的独立悬架，不仅结构特点不同，而且许多基本特征也有较大的区别。评价时常从以下几个方面进行：（1） 侧倾中心高度汽车在侧向力的作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向垂直平面内发生侧倾时相于对地面瞬时转运中心称之为侧倾中心。侧倾中心到地面的距离称之为侧倾中心高度。侧倾中心高度越高，它到车身质心的距离缩短，可使侧向力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。（2） 车轮定位参数的变化车轮相对而言于车身上下跳动时，主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角及车轮前束等定位参数会发生变化。若主销后倾角变化大，容易使转向轮产生摆振；若车轮外倾角变化大，会影响汽车直线行驶稳定性，同时也会影响轮距的变化和轮胎的磨损程度。（3） 悬架侧倾角刚度当汽车稳态圆周运动时，在侧向力作用下，车厢绕侧倾轴线转运，并将此转运角称之为车厢侧倾角。侧倾角度与侧倾力矩和悬架总的侧倾刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。（4） 横向刚度悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。不同形式的悬架占用的空间尺寸不同，占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度；占用空间小的悬架，这允许行李箱尺寸宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。因此，悬架占用空间尺寸也用来作为评价的指标之一。32 前后悬架方案的选择目前汽车的前、后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立日悬架，后轮非独立悬架；前后轮采用独立悬架等几种。前、后悬架均采用纵置钢板弹簧非独立悬架的汽车转向行驶时，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架受拉伸，外侧悬架受压缩，结果与悬架固定连接的车轴的轴线对于汽车纵向中心偏转一个角度。对前轴这种偏转使汽车不足转向趋势增强；对后桥，则增加了汽车过多转向的趋势，如图3.3a所示。轿车将后悬架纵置钢板弹簧的前部吊耳布置得比后边吊耳低，于是悬架运动中心位置降低，与悬架连接的车桥位置处的运动轨迹如图3.3b所示，图3.3 汽车的轴转向效应及处于外侧悬架与车桥连接处的运动轨迹是oa段，结果后桥轴线的偏离不再使汽车具有过多转向的趋势。另外，前悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架时，因前轮容易发生摆振现象，不能保证汽车有良好的操纵稳定性，所以轿车的前悬架多采用和、独立悬架。发动机前置驱动的中高级及其以下的级别的轿车，常采用麦弗逊式悬架和流转随动梁式后悬架。轿车后悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架，而前悬架采用双横臂独立悬架时，能够通过将上横臂支撑销轴线在纵向垂直平面上的投影设计成前高后低状，使悬架的纵向运动瞬心位于有利于减少行动前俯角处，使行动时车身纵倾减少，保持车身有良好的稳定性。33 辅助元件结构分析331 横向稳定器通过减小悬架垂直刚度c，能降低车身固有频率n，以达到改善汽车平顺性的目的。但因为悬架的侧偏角刚度和悬架垂直刚度之间是正比关系，所以减小垂直刚度的同时使侧倾角刚度也减少，并使车厢侧倾角增加，结果车厢中的乘员感到不舒服且降低了行车安全感。解决这一矛盾的主要方法就是汽车上设置横向稳定器。有了横向稳定器，就可以做到在增大悬架垂直刚度的条件下，增悬架的侧倾角刚度。汽车转弯行驶时产生的侧倾力矩，使内、外侧车轮的负荷发生转移，并影响车轮侧偏刚度和车轮的侧倾角变化。前后轴车轮负荷转移大小，主要取决于前、后悬架的侧倾角刚度值。当前悬架侧倾角刚度大于后悬架侧倾角刚度时，前轴的车轮负荷转移大于后轮上的负荷转移，并使前轮侧偏角较大于后轮侧倾角，以保证汽车有不足转向特性，在汽车的前悬架上设置横向稳定器，能增大前悬架的侧倾角刚度。332 缓冲块缓冲块通常如图3-4所示形状的橡胶制造。通过硫化将橡胶与钢板连接为一体，再经旱在钢上的螺钉将缓冲块固定到车架或其他部分，起到限制悬架最大行程的作用。有些汽车装用多孔聚氨脂制成的几种形状缓冲块，它兼辅助弹性元件的作用。多孔聚氨脂是一种有很高强度和耐磨性能的复合材料。这种材料气泡时就形成致密的耐磨外层，它保护内部的发泡部分不受损伤。由于在该材料中有封闭的气泡，在载荷的作用下弹性元件被压缩，但其外部尺寸增加却不大，亮点与橡胶不同。有些汽车的缓冲块装在减振器上。34 减振器简介当悬架中只有弹性元件而无摩擦阻力或减振装置时，汽车车身的振动将会延续很长时间，使汽车行驶平顺性和操纵稳定性变坏。因此，悬架中必须要有振动阻尼力，这就是减振器的作用，且在功能上保证车轮相对上跳动时阻尼小，下跳动时阻尼大，以便减少地面传给车身的冲击。悬架系统中，广泛采用液力减振器，液力减振器的作用原理使当冲击和车桥做往复运动时，减振器的壳体内的油液便反复从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一空腔。此时，孔壁与油液减的摩擦力及液体分子内的摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能而被油液和减振器壳体吸收，然后散发到大气中去。减振器的阻尼力大小随车架的相对速度增减而增减，并且与油液粘度有关，要求减振器所用的油液的粘度随温度变化的影响尽可能小，具有抗汽化、抗氧化以及对各种金属和非金属零件不起腐蚀作用等性能。减振器阻尼力越大，振动消除越快，但确使并联的弹性元件的作用不能充分发挥，同时过大的阻尼力还导致减振器连接零件及车架损坏，为解决弹性元件与减振器的这一矛盾，对减振器提出如下要求：1、 在悬架压缩行程内，减振器阻尼应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，缓和冲击。2、 在悬架伸张行程内，减振器阻尼应较大，以求迅速减振。3、 当车桥与车架相对速度过大时，减振器应能自动加大液流通面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以免受过大的冲击载荷。减振器有筒式各揺臂式，还有一些新型减振器。其中，筒式减振器重量性能稳定、工作可靠、成本低。本次设计中选中此种减振器。第四章汽车钢板弹簧的计算与设计钢板弹簧与其他弹性元件比较，不仅起着弹性元件的作用，而且也能起着导向元件的作用（决定车轴、车轮运动规律），并且能传递各种力和力矩，其片间的摩擦和铰链处的摩擦还可以部分地衰减振动等。因此是日前悬架中广泛采用的一种弹性元件。41 钢板弹簧应力的计算公式和工作应力的选择设计钢板弹簧时希望它接近等应力梁。图5-1所示为理想的多片等应力钢板弹簧的构成。图中5-1a是两个等腰三角形（令三角形的高为l1 = l2, l1 + l2 = L为钢板弹簧的长度）的钢板，彼此用底边连接而组成的等应力单片钢板弹簧。如按照图中b所示叠起，成为等应力多片钢板弹簧。这种等应力多片钢板弹簧在实际结构中不能实现。这是因为：钢板弹簧要传递垂直、纵向、侧向及其他载荷，因此主片两端不能制成三角形（图5-1c），而成卷耳或知形；有时为了加强主片，将第二、三片制成与主片等长或端部制成包耳。其于叶片也相应较上述等应力钢板弹簧的叶片长了。因此实际钢板弹簧的展开面不是三角形，而接近于体形。它是介于等应力梁和等截面等应力钢板弹簧梁之间。 图5-1 42 钢板弹簧主要参数的选择421 与总布置的主要参数悬架的结构参数不仅影响汽车性能，而且还与整车设计有密切关系，因此在设计钢板弹簧时，有些参数要与总布置协商确定。1 弹簧上的载荷Fw通常在设计新车时，根据总布局结定的轴向荷减去估算的非簧载荷部分重量（如前、后轴，车轮，转向节，制动鼓，轮毂，弹簧自重等），然后再求得每副弹簧上的Fw。设计数据中Fw已给出 Fw=1110/2=550kg2. 静挠度fc根据总布置对平顺性的要求，按固有频率n来初步确定由实际情况选取nc = 2.0Hzfc = 25/nc2 = 6.25cm3. 动挠度fd为了防止在不平道路上行驶时经常出现撞击缓冲块起见，悬架必须有足够的动挠度fd。它与静挠度有关，fc大时,撞击缓冲块的可能性也大,故fd也要相应地变大些。客车fd取58cm故选取fd = 60mm4 满载时的弧高fa它直接影响车身的高度。一般希望它等于零可使弹簧满载时在对称位置工作，但考虑到弹簧在使用中会产生塑性变形，要由fa给予补偿。有时为了保持车架一定高度，而又不使动挠度值过小，也需给予一定的值进行补偿。通常fa取1020mm故选取fa = 15mm5 弹簧长度L（钢板弹簧伸直后卷耳间的距离）它是钢板弹簧的主要参数之一。要合理的确定弹簧长度，必须考虑多方面的因素。钢板弹簧应力与长度L的平方成反比。增加弹簧长度L可以显著地降低弹簧的应力，这不仅提高了弹簧的强度，而且随L的增长，弹簧变形时应力变化幅度减小，从而使弹簧使用寿命得以提高。又有L = 1280mm422 叶片端面尺寸和片数的确定钢板端面材料为55SiMnVB，表面经喷丸处理需应力w = 1000N/mm2钢板端面尺寸及片数的确定：有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增大系数加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩J0。对称钢板弹簧J0 = （L ks）3c/48E式中：s为U形螺栓中心矩（mm）；k为考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（如刚性夹紧，取k = 0.5，挠性夹紧，取k = 0）；c为钢板弹簧垂直刚度（N/mm），c = Fw/fc；为挠度增大系数；E为材料的弹性模量。取 S = 136mm，刚性夹紧 k=0.5，与主片等长得重叠片n1 = 0， = n1/n0 = 0 = 1.5/1.04(1 + 0.5) = 1.28数据代入5-1中得J0 = (L- ks)3c/48E = (1280 0.5 x 136)3 x 1.28 x 87.1/(48 x 2.1 x 105) = 2000钢板弹簧总截面系数W0：钢板得弹性模量 E = 2.1 x 105 N/mm2W0 Fw(L ks)/4w将（5-2）代入下式计算钢板弹簧得平均厚度hphp= 2J0/W0 = (l ks)2w/6Efc = (1280 0.5 x 136)2 x 1.28 x 450 / (6 x 2.1 x 105 x 6.25) =9.55mm 选取等厚矩形端面钢板，得h = 9mm一般建议片宽b与片厚h之比最好为6 b/h 10，b，能增加卷耳强度，参考机械设计手册（第四版），取b = 72mmJ0 = nbh3/12 n = 12J0/bh3 =4.6取 n = 5， 即板簧5片各片长度计算片厚不变宽度连续变化的单片钢板弹簧是等强度梁，形状为菱形。将由两个三角形钢板组成的钢板弹簧分割成宽度相同的若干片，然后按照长度大小不同依次排列，叠放到一起，就形成接近实用价值的钢板弹簧。实际上的钢板弹簧不可能是三角形，因为为了将钢板弹簧中部固定到车轴上和使两卷耳处可靠的传递力，必须使他们有一定的宽度，因此应该用中部为矩形的双梯形钢板弹簧代替三角形钢板弹簧才有意义。这种钢板弹簧具有相同的宽度，但长度不同。钢板弹簧长度就是基于实际钢板各片展开图接近梯形梁的形状这一原则来作图的。L1 L2 L3 L4 L5 640 530 410 300 180423 钢板弹簧刚度的计算因为很多数据都是自己选取的，所以需要验算刚度。刚度验算公式为：C=6E/k+13 (Yk-Yk+1)；k+1= (L1-Lk+1);为经验修正系数，=0.90-0.94;E为材料弹性模量；2345分别为76，196，306，426。8） 将数据代入公式，得到夹紧刚度c=92N/mm。424 钢板弹簧叶片在自由状态下曲率半径及钢板总成弧高的计算钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0钢板弹簧各片装配后，在预压缩和U型螺栓夹紧前，其竹片上表面与两端（不包括卷孔半径）连线间的最大高度差（图6-11），称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0，用下式计算H0=（fc+fa+f）;式子中,fc为静挠度；fa为满载弧高；f为钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的弧高变化，f=s(3L-s)( fc+fa)/2L2 s为u形螺栓中心距；L为钢板弹簧主片长度。Ho=158.4mm ，钢板弹簧总成在自由状态下的弧高Ro=L2 /8Ho=1293mm钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径的确定因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的半径不同，装配后各片产生预应力，其值确定了自由状态下的曲率半径。各片自由状态下作成不同曲率半径目的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好的贴紧。减少主片工作应力，使各片寿命接近。矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率半径有下式确定Ri=Ro1+(2oiRo)/Ehi式子中，Ri为地i片弹簧自由状态下的曲率半径；Ro为钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径；oi为各片弹簧预应力；E为材料弹性模量。Hi为第i片弹簧厚度。 在已知钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径Ro和各片预应力的条件下，可以计算出弹簧自由状态下的曲率半径。选取各片预应力时，要求做到：装配前各片弹簧间间隙不大，且装配后各片能很好贴合；为保证主片及相邻各片有足够的寿命，应适当降低主片及相邻各片的应力。为此，选取各片预应力时，可分为下列良种情况：对于片厚相同的钢板弹簧，各片预应力植不要选取过大。对于片厚不同的铆接弹簧，原片预应力可取大些。推荐主片在根部的工作应力与预应力叠加后的合成应力在300-350 N/mm2 内选取。1-4片长片叠加负的预应力，短片叠加正的预应力。预应力从长片到短片由负逐渐增加至正。将所选取预应力代入公式中，可计算出各片的曲率半径：3819 3684 3179 2528 2528单位：mm43 钢板弹簧强度的验算max=G2m2L2(L1+c)/(L1+L2)Wo+ G2 m2/(bh1) 式子中G2为作用在后轮上的垂直静载荷；m2为驱动时后轴负荷转向系数，乘用车：m2=1.25-1.30,货车：m2=1.10-1.20；为道路附着系数；b为钢板弹簧片宽；h1为钢板弹簧主片厚度。此外，还应该验算汽车通过不同路面时钢板弹簧的强度。许用应力取为1000MP。将数据带入求出max= 723 满足强度条件。=3Fx(D+h1)/bh12 +Fx/(bh1)式子中Fx为沿着弹簧纵向作用在卷耳中心线上的力；D为卷耳内直径；b为钢板弹簧宽度；h1为主片厚度。经过计算所选卷耳强度 满足条件 第五章 提高钢板弹簧使用寿命的途径使用经验表明，汽车钢板弹簧的使用寿命总是比汽车上的其他零件要低得多。其主要原因是现有方法生产的弹簧钢板和最后加工出来的钢板弹簧叶片，在其表面往往留有裂痕、皱纹和凹痕等。因此在受载荷时易导致表面应力集中，从而急剧降低材料的疲劳极限和引起早期损坏。采用矩形断面时，特别是具有一定凹度矩形断面，在棱角处产生较大的接触应力引起疲劳裂纹，也是引起钢板弹簧早期损坏的一个原因。另外钢板弹簧受水、灰尘和泥沙的强烈腐蚀，也导致疲劳极限大大降低。为了提高钢板弹簧的使用寿命，从如下几方面考虑。51 提高表面质量，强化吐片表面1 喷丸处理喷丸处理是表面强化的一种方法。由于喷丸机将金属丸粒（直径0.41.2mm）高速地打向吐片的凹面，使叶片表面引起塑性变形造成残余压应力，它降低了由于工作负荷引起的叶片表面拉应力，从而提高了弹簧的疲劳强度。目前有两种喷丸工艺，应力喷丸和一般喷丸（叶片在自由状态下的喷丸）。一般喷丸所能形成的最大残余应力，对于钢板弹簧约为550650N/mm2).(钢板弹簧的屈服极限的一半)。应力喷丸是将钢板弹簧叶片在在预加变形状态下进行喷丸处理的，它可使最大值残余应力达到11001300N/mm2。应力喷丸时，叶片预加变形所产生的预加应力显然强化了叶片表面，但同时增加了叶片深部的应力，反而会降低其疲劳强度。2 塑性颈缩（颈压缩处理）将钢板弹簧加载弯曲，使叶片正常工作时受拉表面的拉应力达到材料的屈服极限，载荷去掉后造成受拉表面的残余压应力，即通过金属材料的塑性变形强化金属表面。其表面强化的实质基本上与喷丸处理相同，从而提高弹簧的耐久性。3 减少表面脱碳层的深度由于表面脱碳，在金属表面易形成“软点”，这些“软点”可能造成疲劳破坏的起点。表面脱碳层与淬火时间及所用的钢材有关。一般淬火的加热时间愈长，脱碳层就愈深。减少钢板在炉内停放时间，不仅可以大减少脱碳层深度，还可细化晶粒，改善塑性。从目前使用的弹簧钢板来看，在相同热处理条件下，60Si2Mn的脱碳较为严重，605Si2MnA次之。如果在60Si2Mn材料中加入元素硼，可以大大减少脱碳，而且脱碳分散度也小。为了减少脱碳，可采用渗碳方法使表面脱碳恢复。4 表面抛光表面抛光可以除去叶片表面的脱碳层及其表面缺陷，能大大提高弹簧的疲劳强度。但耗费工时多，产品成本高，所以有时只对高级轿车的钢板弹簧叶片进行抛光处理。52 改进热处理工艺目前在制造钢板弹簧时，采用了形变热处理和高温快速回火等热处理新工艺，大大提高了钢板弹簧的使用寿命。1 形迹热处理形变热处理是在钢板弹簧叶片加热之后，在辊压机上进行一次热变形压轧，然后再次在油中淬火。由于叶片在热形变状态下压轧，使金属组织细化，马氏体的长度及宽度都减小，同时因使用了保护气体，减少脱碳，从而提高了表面质量。2 高温快速回火提高回火温度，缩短回火时间，可使淬火马氏体加速转变成回火屈氏体。由于回火时间短，碳化物的聚集和长大受到限制，将得到碳化物弥散度很大且均匀的回火屈氏体，提高了材料的强度、塑性和冲击韧性，从而提高了材料的疲劳强度。当然也提高了生产率。53 改进钢板弹簧材料钢板弹簧材料直接影响弹簧强度和使用寿命。目前我国汽车钢板弹簧材料为硅锰钢（60Si2Mn和5Si2Mn）。经研究，在这些材料中加入合金元素硼（B）之后，由于增加了钢材的淬透性和减少了表面脱碳，可提高钢板弹簧的疲劳寿命15%40%，现在CA10汽车已开始使用55Si2MnB钢，代替过去用的55SiMn弹簧钢。此外，在目前使用的弹簧钢中加入不同的合金元素稀土、硼、钒之后，构成60Si2MnBRe、60Si2MnVB、60Si2MnRe等弹簧钢，都不同程度上提高了钢板弹簧的疲劳强度。第六章 钢板弹簧工艺61 弹簧材料弹簧主要在动载荷下工