钢板弹簧 Leafspring抹布钢板弹簧 钢板弹簧是由若干不等长的合金弹簧片叠加 在一起组合成一根近似等强度的梁。如图所 示。钢板弹簧由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的近似等强度的弹性梁。卷 耳弹簧 夹钢板弹 簧中心螺 栓螺栓套筒螺母钢板弹簧的第一片最长，称为主片。主片的两端弯成卷耳，内 装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的衬套，并通过弹簧销与车架 或者吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中部一般用U形螺栓固定在车桥上。中心螺栓的作用是连 接各弹簧片，保证各片 的装配位置。按其距两 耳的距离分为对称式钢 板弹簧和非对称钢板弹 簧。主片卷耳受力大，为改 善其受理情况，第二片 末端也弯成卷耳，称为 包耳。二者留有间隙， 以便相对滑动。目前的汽车大量采用了：变截面的少片钢板弹簧。据有质 量轻、结构简单、摩擦小、节省材料的特点。弹性元件的计算 (1)钢板弹簧主要参数的确定 满载弧高满载弧高 f fa a 满载弧高fa是指钢板弹簧装到车轴（桥）上，汽车装满载荷后，钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳半径）连线间的最大高度变化量。 当 fa= 0时，钢板弹簧在对称位置上工作 ，为了在车架高 度已限定时能得到足够的动挠度值，常取 fa=1020mm。钢板弹簧长度钢板弹簧长度L L的确定的确定概念：钢板弹簧长度L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。推荐在下列范围内选用钢板弹簧的长度：轿车：L= (0.400.55)轴距；货车:前悬架：L= (0.260.35)轴距；后悬架：L= (0.350.45) 轴距。注注：应尽可能将钢板弹簧取长些的原因：应尽可能将钢板弹簧取长些的原因增加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力，提高使用寿命提高使用寿命; 降低弹簧刚度，改善汽车平顺性改善汽车平顺性; 在垂直刚度c 给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度; 刚板弹簧的纵向角刚度纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时， 作用到钢 板弹簧上的纵向力矩值; 增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧 变形;钢板断面尺寸及片数的确定钢板断面尺寸及片数的确定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 。J0=(L-ks)3c/(48E) (1)式中，s 为U形螺栓中心距； E为材料的弹性模量。k 为U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数。(刚性夹紧, k=0.5; 挠性夹紧, k = 0) c为钢板弹簧垂直刚度（N/mm），c =FW /fc；为挠度增大系数。(先确定与主片等长的重叠片数 n1，再估计一个总片数 n0, 求得= n1 /n0 ，然后用=1.5/1.04(1+ 0.5) 初定初定 ）钢板弹簧总截面系数WW0 0用下式计算用下式计算W0FW（L-k s）/4W (2)式中式中，W为许用弯曲应力。对于 55SiMnVB 或 60Si2Mn 等材料，表面经喷丸处理后， 推荐W在下列范围内选取: 前弹簧和平衡悬架弹簧为350-450MPa； 后副簧为220-250MPa。由式(1)、(2) 代入下式计算钢板弹簧平均厚度hp片宽 b 对汽车性能的影响增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧 的扭曲应力增大。 前悬架用宽弹簧片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，又得 增加片数，从而增加片间摩擦弹簧的总厚。钢板弹簧的片宽b的选择推荐片宽与片厚的比值b/hp在610范围内选取。片厚片厚h h的选择的选择 钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况。 常将主片加厚，其余各片厚度稍薄。此时，要求一副钢板弹簧的厚度不 宜超过三组。 最厚片与最薄片厚度之比应小于1. 5，且应符合国产型材规格尺寸。(2)钢板弹簧各片长度的确定 将各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上 沿横坐标量出主片长度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s /2，得到 A、B两点，连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图。 AB线与各叶片上侧边的交点即为各片长度，如果存在与主片等长的 重叠片，就从B点到最后一个重叠片的上侧边端点连一直线，此直线与各片上侧边的交点即为各片长度。 各片实际长度尺寸需经圆整后确定。确定步骤：为什么用hi3 而不用hi ？思考：思考：图7.4(3)钢板弹簧刚度验算 用共同曲率法验算刚度的公式：其中, 式中，a为经验修正系数，a = 0.900.94；E 为材料弹性模量；l 1为主片的一半长度、l k+1为第(k+1)片的一半长度。用共同曲率法计算刚度的用共同曲率法计算刚度的前提前提 假定同一截面上各片曲率变化值相同。 各片承受的弯矩正比于其惯性矩。 同时该截面上各片的弯矩之和等于外力所引起的弯矩。 (4)钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算钢板弹簧总成在自由状态下的弧高钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H H0 0用下式计算：用下式计算：H0=（fc+fa+f） 式中，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。定义：钢板弹簧各片装配后，在预压缩和U形螺栓夹紧前，其主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差（如上图），称为 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0。式中， s 为U形螺栓中心距；L为钢板弹簧主片长度；钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 R0=L2/8H0 。钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 条件：因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同，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Ri 。 各片自由状态下 做成不同曲率半径的目的： 使各片厚度相同的钢板弹簧装配后 能很好地贴紧，减少主片工作应力， 使各片寿命接近。曲率半径的确定：矩形断面钢板弹簧装配前装配前各片曲率半径由右式确定 Ri=R0/1+(20i R0)/Ehi 式中，Ri 为第 i 片弹簧自由状态下的曲率半径（mm）；R0 为钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径（mm）；0i 为各片弹簧的预应力（N/mm2）；E 为材料弹性模量（N/mm2），取E=2.1105N/mm2；hi 为第 i 片的弹簧厚度（mm）。图7.5要求做到装配前装配前各片弹簧片间间隙相差不大，且装配后装配后各片能很好贴和；为保证主片及其相邻的长片有足够的使用寿命，应适当降低主片及适当降低主片及与其相邻的长片的应与其相邻的长片的应力。两种预应力选取情况：对于片厚相同的钢板弹簧片厚相同的钢板弹簧，各片预应力值不宜选取过大；对于片厚不相同的钢板弹簧片厚不相同的钢板弹簧，厚片预应力可取大些。推荐:主片根部主片根部的工作应力与预应力叠加后的合成应力合成应力在300-350N/mm2内。 1-41-4片长片叠加负的预应力，短片叠加正的预应力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 到短片由负值逐渐递增至正值。(5) 各片弹簧预应力的选取各片弹簧在根部处预应力所造成 的弯矩 Mi 之代数和等于零，即或理论要求Hi Li2 / 8Ri 其中，Li为第 i 片的片长 。 第 i 片弹簧的弧高(6)钢板弹簧强度验算 紧急制动情况前钢板弹簧承受的载荷最大，在它的后半段出现最大应力max=G1m1l2（l1+c）/（l1+l2）W0 式中， G1为作用在前轮上的垂直静负荷；m1为制动时前轴负荷转移系数，轿车轿车 m1=1.21.4，货车货车 m1=1.41.6；l1、l2为钢板弹簧前、后段长度；为道路附着系数，取0.8；W0为钢板弹簧总截面系数； c为弹簧固定点到路面的距离 。图7.6max=G2m2l1（l2+c）/（l1+l2）W0+G2m2/bh1 式中，G2为作用在后轮上的垂直静负荷；m2为驱动时后轴负荷转移系数，轿车 m2 =1.251.30，货车 m2 =1.11.2；为道路附着系数；b为钢板弹簧片宽；h1为钢板弹簧主片厚宽。 汽车驱动情况 后钢板弹簧承受的载荷最大，在它的前半段出现最大应力弯曲应力+拉伸应力(与摩擦阻力对应)图7.7钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算 钢板弹簧主片卷耳主片卷耳受力受力如右图所示。 卷耳所受应力是由弯曲应力和拉(压)应力合成的应力合成的应力=3Fx（D+h1）/bh12+Fx/bh1 式中， Fx 为沿弹簧纵向作用在卷耳中心线上的力；D为卷耳内径； b为钢板弹簧宽度； h1为主片厚度。许用应力取为 350 N/mm2。 主片卷耳主片卷耳钢板弹簧销钢板弹簧销要验算钢板弹簧受静载荷时,钢板弹簧销受到挤压应力z=Fs / bd其中，其中，Fs为满载静止时钢板弹簧端部的载荷；b为卷耳处叶片宽； d为钢板弹簧销直径。图7.8