板簧计算
【CN109840387A】一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910166086.8(22)申请日 2019.03.06(71)申请人 浙江理工大学地址 310018 浙江省杭州市杭州经济技术开发区白杨街道2号大街928号(72)发明人 柯俊 吴震宇 徐婷 张不扬 (74)专利代理机构 绍兴市知衡专利代理事务所(普通合伙) 33277代理人 施春宜(51)Int.Cl.G06F 17/50(2006.01)(54)发明名称一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法(57)摘要本发明涉及一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法。
该计算方法首先根据复合材料力学计算复合材料主簧和副簧各横截面的弯曲刚度，通过公式推导给出了复合材料主簧和副簧各横截面弯曲刚度的计算公式。
然后，基于有限差分理论，给出了复合材料主副簧共同工作后复合刚度的计算步骤，并推导了主副簧式复合材料板弹簧复合刚度的计算公式。
本发明提出的计算方法不但为主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算问题提供了理论依据，而且计算精度高，适用于具有任意截面形状的主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算问题。
此外，该计算方法也适宜编程计算，计算速度远高于有限元分析等传统计算方法，能显著缩短复合材料板簧的研发周期，降低研发成本。
权利要求书6页 说明书14页 附图2页CN 109840387 A 2019.06.04C N 109840387A1.一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：1)，计算计算复合材料主簧和副簧各横截面的弯曲刚度；2)，计算复合材料主副簧共同工作后的复合刚度；具体为：假设主簧和副簧在主簧D点接触，作用力及反作用力分别为F D和F′D，主副簧总成在主簧接头中心O点受到竖直向下的载荷F O，则复合材料主副簧共同工作后的复合刚度通过以下方法来计算：2-1，假设只有主簧受到力F O的作用，计算D点的挠度及O点的挠度；2-2，假设主簧D点单独受到作力F D作用，计算末端O点的挠度；2-3，对副簧GI段使用有限差分法，求得截面I的挠度；2-4，求出F D的具体数值。
钢板弹簧的设计(抹布)1
W0≥[FW（L-k s）]/4[σW]
(2)
式中，[σW]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[σW]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
③钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算 ●主片卷耳 钢板弹簧主片卷耳受力如右图所示。 卷耳所受应力σ是由弯曲应力和拉(压)应力 合成的应力 σ=[3Fx（D+h1）]/bh12+Fx/bh1
图7.8
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[σ]取为 350 N/mm2。 ●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 σz=Fs / bd 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。
①钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0
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。
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。 s(3L s)( f a f c ) f 2 L2 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 。
(5) 各片弹簧预应力的选取 ①要求做到 ●装配前各片弹簧片间间隙相差不大，且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，各片预应力值不宜选取过大； ▲对于片厚不相同的钢板弹簧，厚片预应力可取大些。
滑板式钢板弹簧悬架变刚度计算方法的研究
滑板式钢板弹簧悬架变刚度计算方法的研究滑板式钢板弹簧悬架是一种常见的汽车悬架结构，其特点是采用滑动方式使悬架的刚度随着行驶路面的不规则性而变化。
这种变刚度悬架可以显著提高车辆的悬架性能和乘坐舒适度。
本文旨在研究滑板式钢板弹簧悬架的刚度变化规律及其计算方法。
滑板式钢板弹簧悬架的基本结构包括左右两个滑板、多条钢板弹簧以及连接悬架和车桥的传动杆等。
当汽车行驶过程中，悬架上的多条钢板弹簧会受到路面不平和汽车重心变化的影响，从而导致悬架的刚度随之变化。
具体来说，当汽车行驶在平坦路面时，弹簧间距较大，弹簧负载较小，悬架刚度较小；而当汽车行驶在不平坦路面、过弯或停车启动等情况时，弹簧间距较小，弹簧负载较大，悬架刚度较大。
这种连续变化的刚度特性可以有效减少对车身的冲击和振动，提高行驶平稳性和乘坐舒适度。
为了计算滑板式钢板弹簧悬架的刚度变化，需要考虑弹簧的刚度和弯曲变形。
据Parker等人的研究，滑板式钢板弹簧悬架的总弹簧刚度可以通过以下公式计算：Ks = (S/6) * (1/(d1/d2 - 1) + 1/(d2/d3 - 1) + ... +1/(dn-1/dn - 1))其中，Ks表示总弹簧刚度，S表示弹簧截面积，d1-dn表示各个弹簧片的高宽比。
此外，弹簧片的弯曲变形也会影响悬架的刚度变化。
如果采用等效弹簧片高度来计算弯曲变形的影响，则可将总弹簧刚度改为等效刚度Ks'，并根据弯曲变形的理论公式计算Ks'。
具体计算公式如下：Ks' = (S/6) * (1/(d1/d2 - 1+ b/l1) + 1/(d2/d3 - 1+ b/l2) + ... + 1/(dn-1/dn - 1+ b/ln-1))其中，b表示弹簧的长度，l1-ln-1表示各个弹簧片的长度。
需要注意的是，由于滑板式钢板弹簧悬架的刚度变化是连续的，因此需要对每个行驶情况下的刚度进行计算求和，从而得到整个行驶过程中悬架的总刚度变化曲线。
钢板弹簧设计
7 钢板弹簧强度验算 (1)紧急制动时，前钢板弹簧承受的载荷最大，在它的后半段出现的
最大应力 σmax 用下 式计算 m G a 1 m x 1 'l 2 l 1 cl 1 l 2 W 0 (6-17) 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
相邻的长 片有足够的使用寿命，应适当降低主片及与其相邻的长片
的应力。 为此，选取各片预应力时，可分为下列两种情况：对于片
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，厚片预应力可取大些。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 300～350MPa内选取。在确定各片预
入，求得的刚度值为 钢板弹簧总成自由刚度 cj ；如果用有效长度，
即
代入式(6—9)，求得的刚 度值是钢板弹簧总成的夹
l1' l1c0z.5ks 紧刚度 。
5 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算
(1)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 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(图 6—11)，
钢板弹簧设计
1.钢板弹簧的布置方案 2.钢板弹簧主要参数的确定 3.钢板弹簧各片长度的确定 4.钢板弹簧刚度的验算 5.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 6.钢板弹簧总成弧高的核算 7.钢板弹簧的强度验算 8.少片弹簧
1.钢板弹簧的布置方案
• 钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。 后者因为要传递纵向力， 必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以 只在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递各 种力和力 矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。
汽车板簧u型螺栓的预紧力
汽车板簧u型螺栓的预紧力摘要：1.引言：介绍汽车板簧U 型螺栓的预紧力概念2.预紧力的作用：阐述预紧力在汽车板簧U 型螺栓中的重要性3.预紧力的计算：详述预紧力的计算方法和所需参数4.影响预紧力的因素：分析影响汽车板簧U 型螺栓预紧力的各种因素5.结论：总结汽车板簧U 型螺栓预紧力的重要性及其计算方法正文：【引言】汽车板簧U 型螺栓是一种常用的汽车悬挂系统连接件，它通过预紧力来保证汽车板簧与悬挂系统的稳定性。
预紧力是指在螺栓未受力时，通过拧紧螺栓产生的拉伸力。
在汽车板簧U 型螺栓的使用过程中，预紧力的大小对板簧与悬挂系统的性能有着至关重要的影响。
【预紧力的作用】汽车板簧U 型螺栓的预紧力主要起到以下作用：1.保证板簧与悬挂系统的连接稳定性：预紧力能够使板簧与悬挂系统紧密连接，提高车辆行驶过程中的稳定性。
2.提高板簧的刚度：预紧力能够提高板簧的刚度，使得悬挂系统对路面的响应更加迅速，提高车辆的操控性能。
3.延长板簧使用寿命：适当的预紧力能够减少板簧在行驶过程中的磨损，延长其使用寿命。
【预紧力的计算】汽车板簧U 型螺栓的预紧力计算需要考虑以下几个参数：1.螺栓的公称直径：公称直径决定了螺栓的尺寸，是计算预紧力的重要参数。
2.螺栓的材料：螺栓的材料会影响其屈服强度，从而影响预紧力的大小。
3.螺纹的摩擦系数：摩擦系数是影响预紧力的重要因素，它决定了螺栓在拧紧过程中所受到的摩擦力。
【影响预紧力的因素】影响汽车板簧U 型螺栓预紧力的因素有：1.螺栓的材料和尺寸：螺栓的材料和尺寸会影响其屈服强度和抗拉强度，从而影响预紧力的大小。
2.螺纹的摩擦系数：摩擦系数会影响螺栓在拧紧过程中所受到的摩擦力，从而影响预紧力的大小。
3.板簧与悬挂系统的连接方式：连接方式的不同会影响预紧力的传递，从而影响板簧的预紧力。
【结论】汽车板簧U 型螺栓的预紧力对于保证汽车板簧与悬挂系统的稳定性和性能至关重要。
预紧力的计算需要考虑螺栓的公称直径、材料、螺纹的摩擦系数等因素。
柔性关节板弹簧骨架大挠度变形的数值计算方法
；
Ｋ ｙ ｏｄ ： ａｇ ｅ ｅｔ ｎ Ｄｆ ｒｎｉ ｌ ｑ ａｉ ｓＮ ｍｅｉ ｌｏ ｔ ｎ ｅ ｒｓＬ ｒｅ ｆ ｃ ｏ ； ｉｅｅｔ ａ ｅ ｕ ｔ ｎ ； ｕ ｒ ａ ｓｌ ｉ ｗ ｄｌ ｉ ｃ ｏ ｃ ｕｏ
；
中图分 类号 ：Ｈ１ 。Ｐ ４ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｔ ２ １ Ａ
１ 引言
在梁板构件设计中， 人们逐步认识到弯曲杆件往往会超过小 变形假设 ， 按照小挠度假设设计杆件截面往往过大 ， 了保证设 为 计经济合理， 采用梁的大挠度理论来设计计算 。梁的大挠度变形
安装结构紧凑， 弯曲力偶增大。此关节还可以通过骨架 ３ 连接形
成 了第 二 个关 节 ， 成多 关 节 的手指 。 组
ｉ ａ ｒ ｓｒ ｉ ｉｗ ｉ ｓｓｈ ｒ ｇ ｂａ ｓ ｆ ｘ ｌｆａ ｅ ｏ ． ｎｌ ｅ ｔ ｔ ｉ ｍ ｄｌｆ ｏ ｔ ； ｉｐｅ ｕ ，ｈ ｈｕｅ ｔ ｓ ｉ — ｅｍ ａ ａ ｅｉ ｅ ｒ ｗ ｒ ａａ ｓ ｅ ａｃ ｏｅ ｏｊｉ 一 ｒ ｓ ｅｎ ｔ ｃ ｅｐ ｎ ｌ ｂ ｍ ｋ ｙ ｓｈ ｓ ｔ ｎ ；ｂｎｉ ｒ ｅ ｒ ｗｔ ａ ｒ ｓｒ Ａ ｍ ｈｍ ｔ ａ ｍ ｄｌ ａ ｂｅ ｐａ ｅ ａ ｔ ｒ ｅ ｅｔｎ ； ｅｄ ｇ ａａ ｔ ｓ ｉ ｉ ｅ ｕ ． ａ ｅ ａｃ ｏｅ ｈ ｅｎｅ ｌ ｎｄ ｈ ｅ ａ ｅ ｆ ｃｏ ｎ ｐ ｍ ｅ ｈ ｒ ｓ ｅ ｐ ｔ ｉ ｌ ｓ ｘｉ ｔｔ ｈ ｌｇ ｄ ｌ ｉ ：ｏｃ ｔ ｖｒ ｅ ｃｒｊｉｌ ｂ ｖ ｉ ｌ ｃｕｌ ａ ｎ ｗｔ ａ ｈｎｉ ｔ ｇｎｉ ｆｒ ｖｒ ｏ ￡ ； ｆ ａ ｉ ｅ ｂａ Ｏ ｕ ｏ ｔ ａ ａ ａ ｅ ｏｐｅ ｏｇ ｉ ａｇ ｇ ａ ｅｔ ｏ ｅｏｅ ｂｔ ｋ ｎ ｌ ｍ ｃ ｓ ｎｙ ｙ ｂ ｅ ｒ ｌ ｈ ｃ ｎ ｎ ｌ ａ ｃ ｈ
板簧刚度试验
板簧刚度试验1. 引言板簧是一种常见的机械零件，用于储存和释放能量，广泛应用于各个行业。
板簧的刚度是指其对外加力的抵抗程度，刚度越大，板簧的变形程度越小。
在实际应用中，准确测量板簧的刚度非常重要，因为它直接影响到整个系统的性能。
因此，板簧刚度试验具有重要的意义。
2. 板簧刚度试验的目的板簧刚度试验的目的是确定板簧在给定载荷下的变形程度，从而得出板簧的刚度。
通过实验测量和计算，可以评估板簧的性能是否满足设计要求，为工程实践提供依据。
3. 试验方法板簧刚度试验有多种方法，常见的有静态试验和动态试验。
下面分别介绍两种试验方法及其步骤。
3.1 静态试验静态试验是最常用的板簧刚度试验方法之一。
以下是静态试验的步骤：1.准备试验样品：根据设计要求，选择适当的板簧样品，并准备好试验装置。
2.安装试验样品：将试验样品固定在试验装置上，确保其位置和方向正确。
3.施加载荷：逐渐施加外加载荷，可以使用力传感器或称重装置测量力的大小。
4.测量变形：使用位移传感器等工具测量板簧的变形，记录变形数据。
5.计算刚度：根据施加的载荷和板簧的变形数据，计算出板簧的刚度。
3.2 动态试验动态试验是另一种常用的板簧刚度试验方法，适用于一些特殊场景。
以下是动态试验的步骤：1.准备试验样品：选择适当的板簧样品，并准备好试验装置和激振装置。
2.安装试验样品：将试验样品和激振装置固定在试验装置上，确保其位置和方向正确。
3.施加激振力：通过激振装置施加激振力，使板簧发生振动。
4.测量振幅：使用加速度传感器等工具测量板簧振动的振幅，记录振幅数据。
5.计算刚度：根据施加的激振力和板簧的振动振幅数据，计算出板簧的刚度。
4. 试验结果的分析与应用获得板簧刚度试验的结果后，需要对其进行分析和应用。
以下是几个常见的分析和应用方法。
4.1 对比分析将实测的板簧刚度与设计要求进行对比分析，判断板簧是否满足性能要求。
如果刚度过大或过小，可能需要调整设计或选择合适的板簧。
板簧刚度试验
板簧刚度试验一、引言板簧是一种常用于工业机械和汽车制造中的弹性元件，具有体积小、重量轻、刚度高等优点，广泛应用于悬挂系统、减震系统和传动系统等领域。
板簧的刚度是其重要的性能指标之一，直接影响到其在实际工作中的稳定性和可靠性。
因此，对板簧的刚度进行试验是非常必要和重要的。
二、试验原理板簧的刚度试验主要采用静载法进行。
即在板簧上施加一定载荷，并测量其产生的变形量，从而计算出其刚度值。
具体步骤如下：1. 将待测板簧安装在试验台上，并调整好水平度。
2. 通过液压或机械装置施加一定大小的力加载到板簧上。
3. 测量板簧在载荷作用下产生的变形量。
4. 根据弹性力学原理计算出板簧的刚度值。
三、试验设备1. 试验台：通常采用金属材料制成，具有足够强度和稳定性，在试验过程中能够保证板簧的水平度和稳定性。
2. 载荷装置：可以采用液压或机械装置，能够施加一定大小的载荷到待测板簧上。
3. 变形量测量仪器：可以采用位移传感器、应变计等设备，能够准确测量板簧在载荷作用下的变形量。
4. 数据处理系统：能够对测量到的数据进行处理和分析，计算出板簧的刚度值。
四、试验步骤1. 将待测板簧安装在试验台上，并调整好水平度。
2. 通过液压或机械装置施加一定大小的力加载到板簧上。
3. 测量板簧在载荷作用下产生的变形量。
通常可以采用位移传感器或应变计等设备进行测量。
4. 根据弹性力学原理计算出板簧的刚度值。
通常可以采用以下公式进行计算：K = F / δ其中，K为板簧刚度值，F为施加在板簧上的载荷大小，δ为板簧在载荷作用下产生的变形量。
五、注意事项1. 在试验过程中要保证试验台水平度和稳定性，以确保测量结果的准确性。
2. 在施加载荷时要注意载荷大小的选择，过大或过小都会影响到试验结果的准确性。
3. 在测量变形量时要选择合适的测量仪器，并保证其精度和准确性。
4. 在计算刚度值时要注意单位的统一，避免因单位不一致而导致计算错误。
六、总结板簧刚度试验是一项非常重要和必要的工作，能够为板簧在实际工作中的稳定性和可靠性提供重要参考。
汽车钢板弹簧动态受力分析
1汽车钢板弹簧动态受力分析培训材料左安梅一、汽车直线行驶时，钢板弹簧动态受力分析汽车直线行驶时，钢板弹簧除承受垂直方向的静载荷外，还承受纵向力及冲击载荷等。
（1）纵向力（制动力或驱动力）汽车紧急制动时，前钢板弹簧承受载荷最大，在板簧后半段出现最大应力，此时作用在板簧上的载荷为：P1=m1G1L1+L2(L2-Φc) P2=m1G1L1+L2(L1+Φc) 式中 G1——作用在车轮上载荷，N；C——板簧固定点至路面距离，mm；L1、L2——板簧前、后段长度，mm；φ——路面附着系数，取Φ=0.8；m1——制动时前轴载荷分配系数，对于载货汽车，m1=1.4~1.6。
前钢板弹簧后半段应力为：σ1max= m1G1(L1+φc)L2(L1+L2)W02式中 W0——钢板弹簧总断面系数，mm 3；汽车驱动时，后钢板弹簧承受载荷最大，在板簧前半段出现最大应力：σ2max= m2G2(L2-φc)L1(L1+L2)W0+m2G2φbh 式中 G2——作用在后轮上载荷，N；m2——驱动时后桥载荷分配系数，对于载货汽车，m2=1.1~1.2。
若后悬架为两级刚度复式钢板弹簧时，应先求出汽车在驱动时主、副弹簧上各自承受的载荷，然后再按上式计算主片应力。
（2） 冲击载荷钢板弹簧达到极限动行程时，弹簧应力达最大值，极限动行程一般指弹簧与缓冲块相碰时行程。
极限应力σmax=σ（fm+fd）一般弹簧σmax≤900~1000N/ mm 2 二、汽车转弯时，钢板弹簧受力分析（1） 悬架横向角刚度前、后悬架都是纵置钢板弹簧，没有横向稳定杆时，悬架横向角刚度为：Kα=0.5（K 1D 12+K 2D 22）式中 Kα——悬架横向角刚度，N·mm/rad；K 1 ——前板簧垂直刚度，N /mm；K 2 ——后板簧垂直刚度，N /mm；D1——前悬架板簧中心距，mm；D2——后悬架板簧中心距，mm。
（2） 侧倾力臂侧倾力臂是指簧载质量的质心到侧倾轴线距离。
轻型卡车前钢板弹簧的设计
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（见图 1）替代三角形钢板
弹簧才有真正的实用意义。 这种钢板弹簧各片具有
相同的宽度，但长度不同。 钢板弹簧各片长度就是基
于实际钢板各片展开图接近梯形梁的形状这一原则
来做图的，如图 2 所示。
b
B
L
图 1 双梯形钢板弹簧
L/2
△2 ∑h
本方案中选取 δ1=1.42
将所确定的数据带入（5）式，可求得：
h1=8.6 mm，圆整为 9 mm，即前钢板弹簧的厚度
为 9 mm。
1.7 钢板弹簧片宽的计算
有了 h 以后，再选取钢板弹簧的片宽 b 。 增大片
宽b，能 增 大 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。 前悬架用宽的弹簧片，会
关键词：钢板弹簧；设计；校核
中 图 分 类 号 ：TH123＋．4
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1673－3142（2009）11－0033－05
Design of Front Leaf Spring in Light－duty Truck
SUN Yun－zhu （Road Engineering Department of Dongying Road Bureau， Dongying 257041， China） Abstract： Design calculation for front leaf spring of light －duty truck is carried out， the parameters of number， width， thickness， length， arc height， curvature radius， inspection rigidity and assembling rigidity are determined and calibrated． The selected parameters have basicly met the requirement for smoothness， comfort and security of the trucks unloaded or fully loaded． Keywords： leaf spring； design； calibration