汽車后懸架螺旋彈簧剛度及應力計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13874汽車后懸架螺旋彈簧剛度及應力計算案例 1179201.1螺旋彈簧剛度及應力計算 1266781.2彈簧端部形狀 226931.3螺旋彈簧的設計計算 3作為一種彈性元件，螺旋彈簧由于具有較高的比能容量并且結構簡單，制造方便，因此被廣泛應用在現(xiàn)代輕型以下的汽車懸架中，特別是在對于乘坐舒適性要求很高的在轎車中，它要求懸架導向機構在大擺動量下仍然可以保持車輪定位角，因此鋼板彈簧很早就被螺旋彈簧懸架所取代。為了使結構更加緊湊，懸架中的螺旋彈簧中可以安裝減振器，行程限位器或導向柱。可以通過采用可變節(jié)距和直徑的彈簧鋼絲纏繞制作，來實現(xiàn)可變剛度的特性。1.1螺旋彈簧剛度及應力計算螺旋彈簧在其軸向載荷P作用下變形F（3-5）式中：彈簧中徑，160mmD：彈簧鋼絲直徑，14mmI：彈簧工作圈數(shù),5；G：彈簧材料的剪切彈性量=。彈簧在壓縮時工作方式與扭桿相似，都是靠材料的剪切變形吸收能量，彈簧鋼絲表面的剪應力為（3-6）式中C：彈簧指數(shù)（旋繞比），；：曲率系數(shù)是考慮到簧圈曲率對強度的影響的系數(shù)，對于上述的直扭桿，表面上的剪切應力均勻地分布，而螺旋彈簧絲的表面上的剪切應力相對復雜。在靜態(tài)載荷下，該部分的應力分布不均勻可以忽略不計，但是在承受動態(tài)載荷時，由于彈簧內部較高的應力水平和應力變化的幅度，仍然會發(fā)生內測螺旋彈簧故障。修正系數(shù)的引入，是出于設計時對內側應力的增大的考慮。通常來說，彈簧鋼的許用剪應力與許用拉應力成一定的比例，通常情況下，=0.63。1.2彈簧端部形狀螺旋彈簧的端部可以碾細，并緊，直角切割或向內彎曲。a是兩端碾細型。卷繞后，其端部的厚度約大約為鋼絲直徑的1/3，卷繞后，該端部的一端幾乎緊貼所連接的另一彈簧。如有必要，應將兩端都弄平。這種結構具有節(jié)省材料和減少垂直空間使用的特點，特別是因為它具有平坦的端部，可以在安裝過程中旋轉360度，因此彈簧圈數(shù)的設計可以隨意選擇，并且不必要取整數(shù)。不利的一面是，磨削需要特殊的程序和設備，這會增加制造成本。b是直角切割型，其一端緊密地形成在垂直于彈簧軸線的平面上。這種結構的特征在于簡單的纏繞和低成本。其缺點是增加了垂直尺寸和材料消耗。在安裝過程中需要一定的方向和相應的彈簧座。如果兩端不齊平，則在修改設計時，應以整數(shù)增加或減少彈簧的匝數(shù)。c為末端向內彎曲并形成一個垂直于彈簧軸線的平面。長期以來，這種結構一直用于與彈簧座一起作定位。如果兩端都向內彎曲，則需要專用設備。表3-1列出了不同端部結構時彈簧總圈數(shù)n與有效圈數(shù)i以及彈簧完全并緊時的高度公式中的系數(shù)1.01。為考慮螺旋角的補償關系，t為端部碾細時的末端厚度。表3-1.螺旋彈簧不同端部結構時的總圈數(shù)及并緊高度總圈數(shù)n完全并緊時的高度兩端碾細i+21.01d(n-1)+2t兩端切斷i+1.331.01d(n+1)兩端內彎i+1.501.01d(n-1.25)一端碾細一端切斷i+1.671.01dn+t一端碾細一端內彎i+1.751.01dn(n-1)+t一端切斷一端內彎i+1.421.01dn1.3螺旋彈簧的設計計算螺旋彈簧的設計計算分以下幾個步驟：根據(jù)總體布局要求和特定的懸架結構，找到設計載荷期間的彈簧剛度，彈簧的受力和彈簧高度，以及懸架處于壓縮沖程極限位置時的彈簧高度。對彈簧中徑進行初選，還有兩端的結構和材料。C、請參考相關標準，以確定在試驗臺架上延伸和壓縮極限位置相對于設計載荷位置的彈簧變形，并確定所需的壽命（循環(huán)次數(shù)）。D、對鋼絲直徑d初選，并由參考材料查出標準的許用拉應力。E、依照式（3-6）來解出i，用表3-1中的對應公式求的值。F、再用，，及的值就可以求出彈簧被完全壓縮時的載荷的值。G、通過及的表達式求得，并且求得，，以及所對應的，，，（以及，>，但是懸架工作時彈簧對應的最大剪應力，與懸架的極限壓縮狀態(tài)相對應）。H、校核與=0.63的大小關系，若前者不小于后者，重擇鋼絲直徑d；若余量很大，則根據(jù)壽命校核結果來確定是否重新選取更小一點的直徑d。I、在臺架實驗條件下對壽命進行校核。在已給的實驗條件下的循環(huán)次數(shù)依照下面的公式進行估算：（3-7）式中如果預期壽命<預期臺架壽命，重選d；如若仍有較大余量，然后再詳細考慮，是否有必要選擇較小的d達到節(jié)省材料和降低質量的效果。J、在獲得合適的d之后，可以進一步確定彈簧的高度和其最小工作高度：“式中與彈簧指數(shù)相關的系數(shù)”REF_Ref5027\r\h[6]如下圖：表3-2.彈簧指數(shù)