起重機鋼板彈簧懸架設(shè)計

1、鋼板彈簧設(shè)計的參數(shù)1彈簧載荷通常在設(shè)計時，根據(jù)整車布置給定的軸載荷質(zhì)量減去估算的非簧載質(zhì)量，得到在每副彈簧上的承載質(zhì)量。由于汽車起重機作業(yè)的特殊性，不用作載貨運輸使用， 其整車質(zhì)量變化不大，故直接用實際靜載荷進行計算。一般將前、后軸，車輪， 制動鼓及轉(zhuǎn)向節(jié)等總成視為非簧載質(zhì)量，將傳動軸、轉(zhuǎn)向縱拉桿等總成一半也視為非簧載質(zhì)量。如果鋼板彈簧布置在車橋上方，彈簧3/4的質(zhì)量為非簧載質(zhì)量； 下置彈簧，那么1/4彈簧質(zhì)量為非簧載質(zhì)量。且本車主要考慮到行駛性能，懸架 采用將鋼板彈簧布置在車橋的上方依據(jù)。根據(jù)設(shè)計資料得知后懸架簧載質(zhì)量 211876N。2汽車前后軸的軸距此車的三、四橋軸距為1350mm鋼板彈

2、簧具體計算1鋼板彈簧多數(shù)情況下采用55SiMnVB鋼或60Si2 Mn鋼制造。本車選用60SiMn。鋼材彈性模數(shù) E= 205800 N/mm2。2懸架的靜撓度值fc和動撓度fd以及滿載弧高fa確實定；用途不同的汽車，對平順性的要求是不一樣的。轎車對平順性的要求最高，客車次之，載貨車更次之。由 出處得各種車型車身固有頻率n0的實用范圍 為：貨車；旅行客車；高級轎車1。貨車后懸架一般要求是在，本車為汽車起重機，比一般的大貨車舒適性要求較 低。故可選擇為n° =由式16n0=.fcHZ得fc值為28mm懸架的動撓度是指懸架從滿載靜平衡位置開始壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形 通常指緩沖塊壓縮到其

3、自由高度的 1/2或1/3時，車輪中心相對車架或車身 的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞 緩沖塊。一般：轎 車：79 cm；大客車：58cm；貨 車：69cm。應(yīng)選擇動撓度為 6cm即 60mm滿載弧高fa是指鋼板彈簧裝到車軸上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上外表與 兩端不包括卷耳孔半徑連線間的最大高度差。fa用來保證汽車具有給定的高度。 為了在車架高度內(nèi)已限定時能得到足夠的動撓度值，常取fa =1020m m?？紤]到空間和載荷原因，取fa=18mm。3期望的彈簧斷面尺寸和有效長度確實定a期望的彈簧剛度值夾緊剛度28Q(K)=f =fc10593828=N/ mm

4、(4-1)b初步確定鋼板彈簧片數(shù) 片數(shù)n少些有利于制造和裝配，并可以降低片間 的干摩擦，改善汽車行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強度梁的差異增 大，材料利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在614片之間選取。因為此車是 汽車起重機，載重較大，應(yīng)選取主片的片數(shù)為 2,總片數(shù)為10原因。那么彈簧 撓度增大系數(shù)(4-2)=1.51.04(1-)2n式中n 1為和主片相等片數(shù)，n為總片數(shù)。計算得 =c鋼板彈簧的長度，一般由總布置的考慮選取。鋼板彈簧長度L是指彈簧兩卷耳中心之間的距離，對于小轎車的后鋼板彈簧，初步可以選取0.55)La ;對于貨車前鋼板彈簧0.35)La ;貨車后鋼板彈簧L=(兒玄?？?/p>

5、以初步確定L=0.4 La .得到 x 2500=880mm。彈簧的無效長度Ls一般取Ls=k*S,彈簧的有效長度 1 e=L- L s=L- k*S (mm)式中k無效長度系數(shù)平衡懸架是否適用S U形螺栓夾緊距，mm取S=115mm那么1 e =880-0.5 x 115=mmd鋼板彈簧所需要的總慣性矩J。：理想剛度K= 48EJ。J°=(L-kS) 3(K)/48E=()3 XX / (48 X05800)3=mm 。梯形單片彈簧在根部應(yīng)力= _QL4W。(N / mm2)式中W0 梯形單片彈簧在根部的斷面系數(shù),(4-3)(4-4)(4-5)對于60Si 2設(shè)計時要求W0 >

6、; QL-kS: /4 w , w為許用彎曲應(yīng)力Mn材料，外表經(jīng)噴丸處理后，推薦w在以下范圍內(nèi)選?。呵皬椈珊推胶鈶壹?彈簧為350450N/mrfi ;后彈簧懸架為450550 N/mnfi。那么選取W為500N / mrh，得出W0 >105938 各/(4 >500)= 43567而鋼板彈簧的平均厚度山卩=2護2鴦許有了 hP以后，再選鋼板彈簧的片寬 b。增大片寬，能加強卷耳強度，但當(dāng) 車身受側(cè)向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。片寬選得太窄，又得增加片數(shù)， 從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。推薦片寬和平均片厚的比值b/hp在610間選取。結(jié)合考慮強度應(yīng)選擇 b=100mm。此時

7、的b/h P =100/ =，符合給定的 比例范圍。反過來確定片厚h，根據(jù)式J0= nbh3/124-6確定h=3 12J0 =，取16原因 nb重新對剛度進行驗算：Jo= nbh 3 /12=341333(K)=48EJ4205800J4133=，符合要求。L31.311 8803e鋼板彈簧各片長度確實定片厚不變寬度連續(xù)變化的單片鋼板彈簧是等強度梁，形狀為菱形兩個三角形。將由兩個三角形鋼板組成的鋼板彈簧分割成寬度相同的假設(shè)干片，然后按 照長度大小不同依次排列、疊放在一起，就形成接近實用價值的鋼板彈簧。實際 上的鋼板彈簧不可能是三角形，因為為了將鋼板彈簧中部固定到車軸上和使兩卷 耳處能可靠地傳

8、遞力，必須使它們有一定的寬度，因此應(yīng)該用中部為矩形的雙梯 形鋼板彈簧替代三角形鋼板彈簧才有真正的實用意義。這種鋼板彈簧各片具有相 同的寬度，但長度不同。鋼板彈簧各片長度就是基于實際鋼板各片展開圖接近梯 形梁的形狀這一原那么來作圖的。首先假設(shè)各片厚度不同，那么具體進行步驟如下：先將各片厚度hi的立方值h3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在Oi圖上如以下圖，再沿橫坐標(biāo)量出主片長度的一半 L/2和U形螺栓中心距的一半S/2,得到 A、B兩點，連接A、B即得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB線與各葉片上側(cè)邊的 交點即為各片長度。如果存在與主片等長的重疊片，就從B點到最后一個重疊片 的上側(cè)邊端點連一直線，此直線與各

9、片上側(cè)邊的交點即為各片長度。各片實際長 度尺寸需經(jīng)圓整后確定。B圖4-22鋼板彈簧展開圖根據(jù)前面已經(jīng)算得的數(shù)據(jù)進行畫圖， 通過作圖確定出鋼板彈簧各片長度，分 別為 264mm306mm388mm470mm552mm634mm716mm800mm960mm960mmf鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算1鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H。鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和U型螺栓夾緊前，其主片上外表與兩端不包括卷耳半徑連線間的最大高度差，稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H。，用下式計算H0=fc+fa+ f(4-7)式中，fc為靜撓度；fa為滿載弧高；f為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起

10、的弧高變化，f = S(3L S)(2fc©(4-8)2L2S為U形螺栓中心距平衡懸架的螺栓是否適用；L為鋼板彈簧主片長度與前面鋼板彈簧長度是否不一致。fc、fa在前面已經(jīng)得出?，F(xiàn)計算f115(3 960 115)(18 28)得f =2=mm2 9602貝 UH0=mm鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 R°=L2 /8 H。=9602 /8X=mm。(2)鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑確實定：因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同，裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，其值確定了自由狀態(tài)下 的曲率半徑 R如以下列圖。各片自由狀態(tài)下作成不同曲率半徑的目的是：使 各片厚度相同的

11、鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊， 減少主片工作應(yīng)力，使各片壽命 接近。圖4-24狀態(tài)下的曲率半徑 Ri由材料力學(xué)得，作用在任一彈簧片上的彎矩與曲率半徑變化值之間的關(guān)系可 用下式表示：11 皿 1/ mmEIkRkR0K(4-9)式中MkRk :第K片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑，mmRok :第K片彈簧在裝配后的曲率半徑，mmI k：第K片彈簧斷面慣性矩，mm彈簧預(yù)應(yīng)力0KMkWk(4-10)將以上兩式聯(lián)立得0K豈(亠) N/ mn2WKRKR0K(4-11)假設(shè)各片彈簧均為矩形斷面，裝配后的各片彈簧曲率半徑等于彈簧總成在自 由狀態(tài)下的曲率半徑，各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力可以寫成：Ehk ( 10K 2 (

12、Rk Ro1)N / mrn(4-12)0K，那么可求出各片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑mmRo和預(yù)加在各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力Rk式中h k 第K片彈簧片厚，mmRo 彈簧總成在自由狀態(tài)下曲率半徑， 如果知道彈簧總成自由狀態(tài)下的曲率半徑OK1 / mm(4-13)RK R0Ehk彈簧各片預(yù)應(yīng)力的選擇，原那么上應(yīng)考慮以下幾個因素：I彈簧各片未裝配前，各片間隙不要相差太大，各片裝配后，應(yīng)使各片能很 好配合。U由于主片受力復(fù)雜，為保證主片及長片有較長使用壽命，希望適當(dāng)降低主 片及長片應(yīng)力?；谏鲜鲈?，選擇各片預(yù)應(yīng)力時，片厚相等的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不 宜過大。對片厚不等的彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力大一些。一般推

13、薦主片在根部的工作應(yīng) 力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力約為 300350N/mm。預(yù)應(yīng)力從長片到短片由負 值逐漸增至正值的。并且在確定各片預(yù)應(yīng)力時，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部出 的預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩Mj之代數(shù)和等于零。即nnMi =0 或oiWj =0i 1i 1因為此鋼板彈簧設(shè)計的各片的斷面尺寸相同，故應(yīng)力之和要為零。按常規(guī)選擇-100+100,分配后六片從長到短的預(yù)應(yīng)力依次為-100,-80 ,-60, -40，-20,20,40,60,80,100(N/ mm)由此，通過式4-13可分別計算出六片鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑， 計算得：R=mm R2=mm Rmr;R4=mr; R5 =mm

14、 Rs=2499.6mmR7 =2361.2mm R8=2137.5mmR9 =1786.9mm Ri0 =1467.7mmg鋼板彈簧總成弧高的核算由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑R是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力0i后用式4-13計算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式R°=L2 /8 H。計算的結(jié)果會不同。因此需要核算鋼板彈簧總成的弧高。根據(jù)最小勢能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢能總和最小狀態(tài)， 由此可求出等厚葉片彈簧的R0為Li1R。i 1 Rjn(4-14)Li式中L為鋼板彈簧的第i片的長度計算得Lii 1 RiLi =6050mmi 1進而得R0=mm鋼板彈簧總成弧高為

15、H L2 / 8&=9602 / (8X )=。與前面算得的H°=相差不 大，并算得相對誤差為()/ =4.9 %故符合標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)相差較大，那么應(yīng)重新選擇鋼板彈簧各片的預(yù)應(yīng)力，再進行核算，直到滿足標(biāo)準(zhǔn)。h鋼板彈簧強度驗算在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力max汽車驅(qū)動時，后鋼板彈簧承受的載荷最大, 用下式計算maxQ?m2 h (I2c)Q2 m2(h l2)W。bh1(4-15)Q2為作用在后輪上的垂直靜載荷,查相關(guān)資料得Q=43Q m,為驅(qū)動時后軸負荷轉(zhuǎn) 移系數(shù)，轎車m2 =1.251.30,貨車 叫=1.11.2，故取1.1 ; h、I?為鋼板彈 簧前、后段長度取h =12 =8

16、80/ 2=440; 為道路附著系數(shù)，取0.8 ; b為鋼板彈 簧片寬；h1為鋼板彈簧主片厚度； W0為鋼板彈簧總截面系數(shù)W0 =nbh26=mrn ；c為彈簧固定點到路面的距離，取 c=mm許用應(yīng)力c取為1000N/mm2。將各 個數(shù)據(jù)代入得 max=1772N/mm，不符合要求。故應(yīng)力分析設(shè)計合理。i鋼板彈簧卷耳內(nèi)徑和彈簧銷直徑確定及其強度核算鋼板彈簧主片卷耳受力如以下列圖所示。圖4-25鋼板彈簧卷耳卷耳處所受應(yīng)力 是由彎曲應(yīng)力和拉壓合成的應(yīng)力(4-16)3Fx(D hi) Fx2bh|bh|式中Fx為沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力；D為卷耳內(nèi)徑；b為鋼板彈簧寬度；hi為主片厚度。許用應(yīng)

17、力取為350N/mm。先初步確定 D=45mmFx=mG1 =1.1 X 105938 X 0.8=93225N那么算得 =724 N/mn2 v =350 N /口吊，故不滿足強度要求。對鋼板彈簧銷要驗算鋼板彈簧受靜載荷作用時鋼板彈簧銷受到的應(yīng)力(4-17)=Fz=bd其中Fz為滿載靜止時鋼板彈簧端部的載荷；b為卷耳處葉片寬；d為鋼板彈 簧銷的直徑，用20鋼或20Cr鋼經(jīng)滲碳處理或用45鋼經(jīng)高頻淬火后，許用應(yīng)力 為z <79N/mm400 9 8根據(jù)以上初步確定為15mm FZ=9 =1960N2=2.38 N /mm v 55 15z。故符合要求j鋼板彈簧應(yīng)力校核對于55SiMnA或

18、60Si2MnA等材料，外表經(jīng)應(yīng)力噴丸處理后，推薦彈簧應(yīng) 力值在以下范圍內(nèi)29:彈簧滿載靜應(yīng)力m前彈簧m=350500 N / mm后主彈簧 m =450650 N/mn2 后副彈簧 m=200300 N/mm 平衡懸架彈簧m =350500N/ mm彈簧比應(yīng)力載貨汽車前彈簧=4.55.5(N / mm ) /mm載貨汽車后懸架彈簧=7.58.5(N /mm ) / mm越野車平衡懸架彈簧=6.58.0(N / mm ) /mm彈簧極限應(yīng)力max鋼板彈簧在極限動行程時的應(yīng)力值稱之極限應(yīng)力，極限應(yīng)力許用值為：一般彈簧 max =910 N /mm ,平衡懸架彈簧max < 13.5 N /

19、mvm由前面得：鋼板彈簧總慣性矩J 0=5461.7 ;彈簧總斷面系數(shù) W0=1762mm3， 彈簧各片斷面系數(shù)Wk mm3表4-3鋼板彈簧片的參數(shù)片號各片長度mn各片有效長度mm各片厚度mn各片寬度mn11000955552100095555355454950455555彈簧在U形螺栓夾緊處應(yīng)力與比應(yīng)力：12EJo2L2Wo=a(N/mn2)= 400 9.8 955 =476.6N/ mmh1 h 符合要求。 4W04 1963.5上一2_10 2 5461 =5.6(N / mn2) /mn可以滿足1.326 10001762校核各片應(yīng)力需要用集中載荷法假設(shè)主片彈簧卷耳處載荷為P,其它各片在端點處產(chǎn)生的力為Xka2pB2 X 2C2 X3A3X2B3X3 C3X4=0(4-18)AnXn 1 BnXn 0式中BkCk0.5 丄(3 1)Ik/ lk(1宀I k 1l0.5(-k(L L1)3 * * *(4-19)lk1)(4-20)(4-21)ln(1 )1序號l