变截面钢板弹簧的设计计算
少片变截面钢板弹簧的设计计算
少片变截面钢板弹簧的设计计算钢板弹簧是一种常见的机械弹簧，在各种机械和设备中得到广泛应用。
它由在轴线方向上并排排列的一系列弯曲的钢板组成，呈螺旋状。
当外力作用于弹簧时，它会发生形变，具有很好的弹性回复能力，是一种具有重要机械性能的弹簧。
一、设计计算1、弹簧基本要素弹簧基本要素包括钢带材料、外直径、内直径、圈数、导程、自由长度和加工工艺。
其中材料是决定弹簧机械性能的关键要素。
通常钢板弹簧采用碳素钢、合金钢等材料，其弹性模量会随材料强度的提高而增大。
2、弹簧设计弹簧的设计需要考虑弹簧的工作条件，计算外力的大小、方向、作用点等，从而确定弹簧材料的选择、外径、圈数等要素。
弹簧设计需要考虑以下几个方面：（1）弹簧的工作负荷：根据机械设备的工作条件和要求确定弹簧承受的最大负荷，以此作为设计的起点。
（2）弹簧的外径和内径：根据弹簧材料、工作负荷和工作环境等要素来确定弹簧的外径和内径大小。
（3）弹簧的圈数和导程：弹簧的圈数和导程直接决定了其刚度和变形量，需要根据实际需求来设计，避免过强或过松。
（4）弹簧自由长度：弹簧自由长度也会影响到其机械性能，需要根据实际工作环境来确定。
二、样例下面以一种常见的钢板弹簧为例，介绍其设计和计算过程。
1、材料选择假设需要设计一种碳素钢的钢板弹簧，采用SWO-A钢带材，其具有以下机械性能：屈服强度：235MPa弹性模量：210GPa泊松比：0.3材料密度：7.85g/cm³2、外径和内径的确定假设弹簧的最大工作负荷为500N，弹簧碳素钢钢带的工作应力取90%时，最大弹簧应变量ρs应该小于σ/2E，即(υ-Dw)/Dw≥0.08。
可根据此公式，确定外径Dw=20mm。
根据设计要求，弹簧的圈数为8，导程为3mm。
当弹簧材料确定且弹簧固定长度生成后，利用弹簧方程（Fs=kρs）推导，得到弹簧直径Di=17.9mm。
3、根据内径、外径和圈数确定性能参数内直径ID=Di-2t，弹簧导程l0=π(Di+Dw)/2，自由长度L0=l0*(n-1)+2*ra+ra-ra*υ/Dw。
钢板弹簧设计说明书
目录一、确定断面尺寸及片数 ------------------------------------------------------------------------ 2二、确定各片钢板弹簧的长度 ------------------------------------------------------------------ 4三、钢板弹簧的刚度验算 ------------------------------------------------------------------------ 5四、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算。
------------------------------- 7H ------------------------------------------------------------------------------------ 71.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高02.钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 -------------------------------------------------------------------------------- 8五、钢板弹簧总成弧高的核算 ---------------------------------------------------------------- 10六、钢板弹簧的强度验算 ---------------------------------------------------------------------- 11二、（修改）确定各片弹簧长度--------------------------------------------------------------- 12三、（修改）钢板弹簧的刚度验算 ------------------------------------------------------------ 14四、（修改）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 --------------------- 15五、（修改）钢板弹簧总成弧高的核算 ------------------------------------------------------ 17六（修改）钢板弹簧的强度验算 ------------------------------------------------------------- 18七、钢板弹簧各片应力计算 ------------------------------------------------------------------- 18八，设计结果 ------------------------------------------------------------------------------------- 20九、参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------- 21十、附总成图 ----------------------------------------------------------------- 错误!未定义书签。
变刚度簧设计计算
δ 1.163151365
主簧刚度CM 自由(N/mm) 夹紧(N/mm)
主簧刚度CM 474.6746943 561.4808225
LM=L10 La=L10
900 851 400 351
ZQ6560多片渐变刚度钢板弹簧(伸直长度1350 ZQ6560多片渐变刚度钢板弹簧(伸直长度1350 6560多片渐变刚度钢板弹簧
伸直长度Li' 1350 1350 1190 1030 870 710 600 500
片长之半Li 675 675 595 515 355 300 250
片厚Hi 8 8 8 8 8 8 14 14
片宽Bi 70 70 70 70 70 70 70 70
弧高Hi
∑ Ji 79860.0 159720.0 239580.0 319440.0 399300.0 479160.0 559020.0 638880.0 718740.0 798600.0
2833.543165
弦长之半 (Li"/2) 668.63 668.67 590.68 512.22 433.33 354.10
弦长Li" 1337.3 1337.3 1181.4 1024.4 866.7 708.2
弦长＜弧长(伸直长度)
La1=L11
350 301 300 251 250 201 200 151 127 78
力学参数: S= 196 2P1= 5886 2P2= 10594.8 2Pm= 10791
付簧总成参数:
※※Ra0= ※※Ha0=
3055 26.18353078
二、满载挠度计算: f f1 10.48299383 f2 8.618498659 f3 f 0.180782 19.28227
某微车的少片变截面钢板弹簧结构设计分析与验证
（ ） ＝ ｎ ｄ ［ １ …ｔ （
ｄ ｆ ｌ 、 用 负 号 ） 由式 （ ９ ） 乘 ｎ减 式 （ １ ０ ）得
ｄ （ ｄ ， Ｊ 、 ）＝ —
） ］ （ 用 正 号 ，
（ １ ０ ）
（ 上接第 ６ ６页 ）
６ 结 论
（ １ １ ）
由 上述 结果 对 比可 知 ，刚 度 、强 度 的结 果 均 比较 接 近 ，台 架耐 久 试 验 也 满 足 了 ８万 次 断 裂 的标 准 要 求 。耐 久 性 反 映 了 强
（ ２ ）辅具结构简单 ，一般 中小型机 械厂都可 以自制 ； （ ３ ）辅具可 实现车 间现 场 随 时测量 ，准确 可靠 ，轻巧 耐
用 ，完 全 满 足 生产 现 场 测 量 要 求。
ｄ （ ｄ ） ＝ ， ｎ 一 ｄ ［ １ ＋ ｃ 。 ｔ （
ｄ ， Ｊ 、 用负号 ） 的尺寸 ｍ ： ，则
明 了该 设 计 方法 的可 行 性 。
文中主要利用材料力学的简单基础公式对板 簧进行理论计 式 （ １ ２ ） 中 ：Ａ ｄ （ △ ｄ 』 Ｊ 、 ）为被测 圆锥大 、小端直径 ；
ｎ ｄ （ ｄ ）为大 （ 小 ） 标 准 圆柱 直径 。
算 ，并未涉及经验之类的系数 ，相对很多其他计算 方法较 为简 洁 明了。并通过 Ｃ Ａ Ｅ分析验证与台架验证 ，该板簧的理论计算 得 以认证。这一套设计开发流程 ，比较完善地将理论 与实 际结
式 （ １ １ ） 中 ：ｎ可 以取 为 任 意 值 ，在 此 ，笔 者 取 大 、 小标 准 圆 柱 直 径 之 比 ，即 ｎ＝ ｎ ｄ ／ ｄ ，代 入式 （ ４） 后 可 得
ｄ （ ｄ ， ｊ 、 ）＝ 。 （ １ ２ ）
汽车变截面钢板弹簧的设计计算
汽车变截面钢板弹簧的设计计算东风汽车工程研究院 陈耀明 2006年5月前 言少片变截面钢板弹簧在我国已有多年的制造和使用经验，特别是大、中型客车，采用者相当广泛。
然而，涉及变截面簧的设计计算方法，虽然二十几年前悬架专委会曾做过一些介绍，但资料零散、重复、不完整，尤其是比较常用的加强型变截面簧，资料反而欠缺。
撰写本文的目的，就是为悬架设计者提供变截面簧的比较完整的设计计算资料，主要是刚度计算公式和应力分布计算方法。
变截面簧轮廓线包括梯形和抛物线形两大类，每类又含有根部、端部加厚，或只有根部加厚，或都不加厚等几种变型。
这样，可以说几乎所有的变截面簧轮廓线都可在本文找到计算公式。
此外，本文还介绍了各种轮廓线的选型原则以及若干设计经验等，可供设计人员参考。
附录中列出已有资料中的一些计算公式，并证明了它们和本文公式的一致性。
本文的式（1）～（3）引自日本资料“自动车用重型钢板弹簧”，其它公式（6）～（15）是笔者近期重新推导出来的。
当然，有一些和过去推导出来的公式完全一致。
一、 纵截面为梯形的变截面弹簧这种弹簧的轧锥部分（3l ～4l 段）为梯形，而根部和端部都将厚度增大，称为加强型变截面簧，见图1。
图1为四分之一椭圆钢板弹簧，其刚度计算公式为：654321αααααα+++++=EK ----------------（1）若对称地扩展成为半椭圆钢板弹簧，其总刚度为：6543212αααααα+++++=EK ----------------（2）若弹簧由若干等长、相同轮廓线的叠片所组成，则其合成的总成刚度为：6543212αααααα+++++=nEK ----------------（3）式中 )/(10058.225mm N E ×=为弹性模数n 弹簧片数，单片弹簧1=n313114bt l =α⎥⎦⎤⎢⎣⎡++−+−+−−=1221112121221122212211132ln 223)(22212t t t Al t t l A t Al t t l A t Al t bA α )(43233323l l bt −=α ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++−+−+−−=2322322223233223232223234ln 223)(22212t t t Bl t t l B t Bl t t l B t Bl t bB α ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++−+−+−−=3423432324244324242234335ln 223)(22212t t t Cl t t l C t Cl t t l C t Cl t bC α )(43536346l l bt −=α而 1212l l t t A −−=3423l l t t B −−=4534l l t t C −−=其中 b 弹簧宽度实际应用中，有些弹簧的轮廓线有所简化，见图2，其刚度计算式也有所变化： 1、增厚转折点急剧变化，2型。
少片变截面弹簧的计算
少片变截面弹簧的计算种类变截面形状优点和缺点备注A1、应力分布均匀，从材料力学的观点来做到有效利用。
2、不适合具有卷耳部分的弹簧片。
3、不适合于使用锥形模的滚压。
不适合滚压加工，不采用。
B1、应力的分布有高低。
2、不适合具有卷耳部分的弹簧。
3、适合于使用锥形模的滚压加工。
适合确保轻量化率，好处不多，故不采用。
C1、可做到应力分布均匀。
2、要充分注意端部厚度的设定{卷耳强度}3、能进行使用锥形模的滚压加工。
4、适用于一般弹簧。
适用于确保轻量化和质量，有好处，可采用。
D 1、以减轻C形中心孔部分应力为圆进行改良的。
2、能进行使用锥形模的滚压加工。
适合于小车型车辆用簧。
对确保质量有好处，可采用。
—1—种类变截面形状优点和缺点备注E1、为提高C形卷耳部分的强度，进行了改良。
2、能进行使用锥形模对确保质量有好处，可采用。
3、适用与中型车和大型车{前轴}的弹簧。
F1、是通过把D和E的形态结合在一起，有效地利用材料的形状。
对轻型化确保质量有好处，可采用。
G1、为适合长跨度产品，把F形状的加以改良的，是最有效地利用材料的形状。
2、能进行使用锥形模的滚压加工。
对轻量化有好处，可采用。
少片变截面弹簧的优点：1、应力分布均匀，接近于等应力梁，片数1—4片。
特殊工艺处理而提高其设计应力，从而使边界面弹簧轻量化，同等截面相比可减轻重量30—40％左右。
2、总成簧片在承载时，除端部传力处接触和中部骑马螺栓夹紧部位接触外，无片间接触现象，从而减少摩擦，使动刚度大力降低，提高乘坐舒适性。
3、由于片间接触区大为减少，基本上消除了由于片间接触摩擦磨损引起的使弹簧片早期损坏的疲劳源的产生，从而提高了疲劳寿命。
4、在总成中间平直等厚度的弹簧片，同上下保护垫板之间和簧片之间，插入塑料片或软金属垫片，这样就消除了弹簧总成工作时在中间平直等厚度段片间的直接挤压、摩擦，从而提高寿命。
5、采用喷完处理，中心孔挤压工艺和防锈性能，较好地油漆，这样也提高了疲劳寿命。
弹簧设计计算
弹簧设计计算弹簧在材料选定后，设计时需要计算出弹簧刚度F、中径D、钢丝直径d、有效圈数ｎ、变形量f。
以下面弹簧设计为例；1.计算弹簧受力：假设弹簧端克服１个标准大气压,即推动钢球,则弹簧受力为：F=PA＝1×１0错误!N/mm错误!×πd1错误!/4其中d1——钢球通道直径弹簧还须克服钢球下降重力:Ｇ=mρV=ｍ×4ρπR错误!/３其中R——钢球半径弹簧受合力：F合=F+G考虑制造加工因素,增加1.２倍系数F′=1.2F合2.选材料:（一般选用碳素弹簧钢丝６５Mn或琴钢丝)以6５Mｎ为例,钢丝直径d=１．4mm3.查表计算许用应力：查弹簧手册８-10表中Ⅰ类载荷的弹簧考虑(根据阀弹簧受力情况而言) 材料的抗拉强度σb与钢丝直径d有关查表2-３０(选用D组): σｂ=2150~24５０Ｍｐａ安全系数Ｋ＝1．１～1.3, 可取Ｋ=1.２, 则σb＝１791.7~２0４１.7Mpa因此σb=１７9１.７Ｍｐa(下限值）查表2-10３,取切变模量Ｇ=78.８×10错误!Ｍpａ查表8-１0,取许用切应力τs=＝0．5σb＝0.3×1791.7＝53７.51Mｐａ4．选择弹簧旋绕比C:根据表８-4初步选取C=10５.计算钢丝直径：d≥1．6√KFC/[τ]其中Ｋ——曲度系数,取K＝1.1~1．3F——弹簧受力6．计算弹簧中径：Ｄ=Cｄ7.计算弹簧有效圈数:n＝Ｇd错误!ｆ／8FD错误!则总圈数n总=n＋n1(查表8-6) 8.计算试验载荷:Fs=πd错误!τs／８D９.自由高度:Ｈ0=nt+1.５ｄ其中：ｔ——初步估计节距t=ｄ＋f/n+δ1(δ1=0.１d)查表8-7系列值Ｈ0取整数１０.节距计算:t=（H0-1.5ｄ)/n１1.弹簧螺旋角:（此值一般符合=5°～9°)α=aｒcｔａｎ(t/πD)12．弹簧的稳定性验算:（b＜5.3,即可满足稳定性要求=ｂ=H0/D13.展开长度：L＝πＤn1/cｏｓα14.弹簧刚度:F′=Gd错误!／8D错误!n１４．弹簧载荷:F＝F′×ｆ15.弹簧试验变形:fs＝Fs/ F其中在绘制弹簧图纸时,压紧弹簧时的长度L1（即受装配积压时的长度）下弹簧对应受力F1,在阀开启时弹簧压缩的长度Ｌ２=L1+f,对应弹簧受力F2 例如:ZYB-14１6N１５－3０６H０=６8．5ｍm,装配时弹簧被压缩至37mm,阀开启时再次压缩8mm 则L1=３7，L2=３７+８=４5Ｆ1=37×F′F2=4５F′验算比较L2与Fs／Ｆ的大小：若L2＞Fｓ／F′重新设计刚度;反之设计合理。
某皮卡车少片变截面钢板弹簧后悬架设计讲解
目录1方案论证 (1)1.1悬架结构形式分析 (3)1.1.1 非独立悬架和独立悬架 (3)1.1.2前悬架方案的选择 (4)1.1.3 比较选型 (4)1.2少片变截面钢板板簧结构分析 (5)1.2.1抛物线形叶片弹簧 (5)1.2.2梯形变厚断面弹簧 (8)1.3钢板弹簧的布置方案 (9)2悬架主要部件 (11)2.1钢板弹簧的形式 (11)2.1.1叶片断面形状 (11)2.1.2叶片端部形状 (12)2.2 板簧两端与车架的连接 (12)2.2.1连接的结构形式 (12)2.2.2板簧卷耳与衬套 (13)2.3减震器 (14)2.3.1减振器的作用 (14)2.3.2减振器的结构： (15)2.3.3 减振器工作原理： (15)2.3.4减震器的选择 (15)3 悬架的设计计算 (17)3.1弹性元件的计算 (17)3.2优化设计 (20)3.3变截面钢板弹簧校核 (25)3.3.1校核刚度 (25)3.3.2 弹簧的最大应力点及最大应力 (26)3.4 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径 (27)3.5 钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 (28)3.6钢板弹簧总成弧高的核算 (29)3.7钢板弹簧强度验算 (29)3.7.1驱动时计算应力 (29)3.7.2.汽车通过不平路面时钢板弹簧的强度 (30)3.8钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算 (30)3.8.1卷耳应力的验算 (30)3.8.2钢板弹簧销的验算 (31)3.8.3 U形螺栓强度验算 (32)3.9减振器性能参数的选择 (33)3.9.1 相对阻尼系数ψ (33)3.9.2 减振器阻尼系数 的确定 (34)F的确定 (35)3.9.3 最大卸荷力3.9.4计算结果以及减震器的选择 (35)4 CATIA实体建模 (37)4.1CATIA简介 (37)4.2实体建模 (38)4.2.1钢板弹簧的绘制 (38)4.2.2盖板的实体图 (39)4.3主要零件实体图 (39)4.4装配 (42)5 结束语 ................................................................................................ 错误!未定义书签。