少片变截面钢板弹簧的疲劳寿命计算分析
科技资讯 2008 NO. 21
S CI ENCE & TECHNOLOGY I NFORMATI ON
少片变截面钢板弹簧的疲劳寿命计算分析
张劲 松 ( 贵 州省遵 义市遵义 钛厂机 械设备 公司 贵州 遵义 5 6 3 0 0 4 )
摘 要: 根据少片 变截面钢板 弹簧每一 片在自由状 态下的几 何尺寸, 利用 UG软件建 立各片的三 维模型并 进行装配。 在 Hy p e r Me s h 中采
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工业技术
层及开门由系 统自动控制。 ③无 司机工作方式是系统的自动工作
方式, 考 虑到实际 客梯中乘客 上、下呼梯 的随机性 , 该系统的 选层控制满 足以下要 求: 上 升过程响应 大于等于当 前楼层的 内 呼 和 上 升 外 呼 信号 , 记 忆 其 他 信 号 ; 下 降 过 程 响 应 小 于 等 于 当 前 楼 层 的内 呼 和 下 降 外 呼信 号, 记忆 其他信 号; 在当 前的 行进方 向, 内呼信号 优先响应; 若 无呼梯信号, 轿 厢停在当前楼层; 电梯不用时, 回到一楼。
利 用 三 维 建 模 软 件 UG 建 立 少 片 变 截 面钢板弹 簧各片的几 何模型并 进行装配, 装 配 完 成 后 的 少 片变 截 面 钢 板 弹 簧 总 成 如 图 1 所示。
对包含一个 目标面和一个 接触面, 定义凹 面为目标面, 凸面为接触面。 2 . 3 定 义边 界条件
钢板弹簧的边界条件 主要有位移约束 和自 由 度 耦 合 两 种 方 式 。 板 簧 第 一 片 的 左 端采用固定卷 耳连接, 另 一端采用活 动吊 耳连接, 在卷 耳或吊耳 与转动轴之 间装有 橡胶制成的减 摩衬套, 所 以这两处的 约束 可以 看 成 铰 链 。 应 用 如 下 方 法 对 它 们 进 行 模拟 , 将 卷 耳 内 加 入 一 个 圆 柱 体, 把 它 与 卷 耳相互 粘接 起来 ; 在 固定卷 耳的 一端 ( 左 端) , 把圆 柱体 中轴 线上 的节 点在 x 、y、 z 方 向的自由度都 加以约束; 在浮动卷耳 的一 端( 右端) , 只约束圆柱 体中轴线上节 点在 y、z 方向 的自 由度 。 另外 , 本 文对 中 心螺 栓 的约 束 是 通 过 耦 合 中 心 螺 栓 孔 面 上 节 点 的 所有自由度来实现的 。
为了使得少 片变截面钢板弹簧的簧片 之间产生 接触, 还需 要在接触面 上添加接 触单元, 使接触面间 产生接触力 。整个钢 板弹簧 总成一共 定义了 3 个接触 对, 每一
3 疲劳寿命计算结果与试验结果对比
3. 1 S- N 曲线的 获得
Байду номын сангаас
为了提高钢板弹簧所 用弹簧钢的强度
极限 和 疲 劳 极 限 , 加 入 不 同 的 金 属元 素 , 主
(1)
其 中 , σ — 循 环 中 的 最 大 应力 ; σ
ma x
mi n
—循环中的最小应力;
应 力 幅 σ 是 应 力 循 环 中 变 化 的分 量 , a
(2) 此 外, 还 可以用 其他办 法来描 述应力 循环的循 环特征,
(3)
若 R=1 , 就 叫 做 对 称 循 环 ; R=0, 叫 做 脉 动 循 环; 若 R<0, 就 是 波 动拉 压 循 环 ; 若 R∈ ( 0 , 1 ) , 是 波动 拉 伸循 环。 这 么说 来 , 静 载其 实 就 是 R= 1 的 应 力 循 环 。
-1
的工程 应用中, 常 用规定的有 限循环次数 来表达 无限次循环 的意义, 如 工程应用中 的 零部 件 通常 2 × 10 6 取 次 为理 论上 的 无限 次循环。 1 . 2 S- N曲 线
表示 外加应力水平和标准试样疲劳寿 命之间关系的 曲线称为 S- N曲线。S- N曲 线反应 了材料的基 本疲劳强度 特性, 是用 于 估 算 疲 劳 寿 命 和 进 行 疲 劳 设 计 。它 通 过 在 某 一 循 环 特 征 下 对 标 准 试件 进 行 疲 劳 试
要 有 以 下 几 种 : Mn , 提 高 抗 拉 强 度 和 屈 服
点 ; Cr , 增 加 钢 材 的 强 度 、 提 高 淬 透 性 , 降
低脱 碳 敏 感 性 ; 细 化 晶 粒, 提 高 冲 击 值 、 耐
热性, 降低脱 碳敏感性 。本文的少片 变截
面钢 板弹 簧 的材 料为 6 0Si Mn , 查 得 60 Si Mn
图 1 少 片 变 截面 钢 板 弹 簧 三维 几 何 模 型
图 2 少片 变截 面钢 板弹 簧单 元划 分
2 . 2 网格 划分 本 次有限 元分析 采用映 射法, 利用采
用 8 节点的六面体单元对自由状态几何模 型 进 行 单 元 划 分 。六 面 体 单 元 每 个 节 点 具 有 X、 Y、 Z 三 个 方 向 的 平 动 自 由 度 , 可 以 进 行 塑 性 分 析 、蠕 变 分 析 、 膨 胀 分 析 、 应 力硬化分 析、大变形 分析和大应 变分析。 采用 这种 单元 有 利于 考虑 板簧 的设 计细 节 , 比 较准 确 地 反 映 应 力 集 中 情 况。 同 时 , 在三维接 触问题的有 限元解法中 , 这种单 元比带有中间节 点的单元的收敛性更好 。
在 一定的 循环特 征下, 材料可 以承受 无限 次 的应 力循 环而 不被 破坏 的最 大 应 力, 称 为在这一循 环特征下的 疲劳极限 或 持 久 极 限 , 通 常 , R=- 1 时 , 即 在 对 称 循 环 下 的疲劳 极限数值最小 , 习惯上材 料的疲劳 极 限 都 是 指 R=- 1 时 的 最 大 应 力 , 也 就 是 该 状况 下 的 应力 幅 值, 常 用 σ 表 示 。实 际
内 外呼梯 信号处 理包括 信号的 登记、 显 示 及 本 层 消 号 。信 号 的 登 记 采 用 自 锁 原 理, 软件 上采用逻辑 或运算实 现。内呼信 号不论电 梯上行还是 下行, 当轿 厅运行至 该楼 层时, 均要 换速 停车 , 并消 除登 记信 号 。 外 呼信 号 有 反 向 运 行 保 号 和 直 驶 保 号 功 能 。 每 一个 PLC输 出 点 直 接 驱 动 一 个 呼 梯信号的指 示灯。 5 . 2 定向 控制
为 了使单 元网格 划分规 律, 先 对簧片 进行分块, 然后把已经 分割好的几 何模型 导 入 到 Hy pe r Me s h 中 。 对 模 型 进 行单 元 划 分, 划分 单元时在实 体与实体 的断开接触 面上采用 完全一致的 网格密度, 划分成功 的有限元 模型是分很 多份, 本文 采用合并 的办法, 把这些分块 重新连接在一 起。这 样 就 可 以 把 各 分 块 合 并为 一 整 体 。 合 并 以 后, 少片 变截面钢板 弹簧的有 限元模型的 节 点 数为 9 40 3 , 六面 体 单 元 数 为 6 1 0 6。 单 元划分情况如图 2 所示。
以 及 计算 过 程的 正 确性 。
关 键词: 少片变截面钢 板弹簧 接触 单元 有 限元 疲劳 寿命
中 图分类号: U46 3. 21 8
文献标识 码: A
文 章编号: 1 67 2- 37 91 ( 2 00 8) 07 ( c ) - 0 06 9- 02
1 少片变截面钢板弹簧的疲劳寿命分析 1 . 1 疲 劳寿 命分 析理 论基 础
疲劳 破坏是材料在低于拉伸强度极限 的 交 变 应 力( 或 应 变 ) 的 反 复 作 用 下 而发 生 失效的 方式。对于钢 板弹簧, 疲劳 寿命是 指 任 何 一 片 钢 板 首 先 出 现 宏观 裂 纹 时 的 循 环次数, 所谓宏观 裂纹是指簧 片同一部位 两个侧面沿厚 度方向裂通。
承受 交变载荷的零部件其内部的应力 也是变化 的, 称为疲 劳应力。针 对某种材 料的标 准试件而言 , 疲劳性能 主要取决于 在 外 部 交 变 载 荷 作 用 下 其 内部 的 疲 劳 应 力 循 环 特 征 。 应 力 循 环 的 性 质 是由 循 环 应 力 的 平 均 应 力 和 交 变 的 应 力 幅 所 决 定 的 。平 均 应力 是 应 力循 环 中 的不 变 的 静态 分 量[ 4],
验, 并以试件的交变应力幅为纵坐标, 以到 达破坏的 循环次数为 横坐标, 绘 制出的曲 线 , 表 达出 材 料 的 疲 劳 强 度 与 寿 命 的 关 系。 多数 S- N曲线是画在 对数坐标 上的, 此时 的疲劳曲 线是一条折 线, 不过在 转折点处 出 现很 小 的 圆弧 线 [ 5] 。
2 少片变截面钢板弹簧有限元模型的建立 2 . 1 三维 模型 的建 立
根据电梯 的运行方式、各层内选外呼 信 号 的 先 后 以 及 停车 时 轿 厅 所 在 楼 层 位 置 决 定 电 梯的 运 行 方 向 , 在 电 梯 运 行 过 程中 , 方 向 保 持 。有 司 机 操 作 时 , 内 指 令定 向 ; 无 司机自动 运行时, 内 指令和外召 唤均可定 向 。 程 序采 用 数 据 比 较 指 令 对 选 层 信 号 通 道 的 内 容 与 轿 厅 位置 通 道 内 容 进 行 数 据 比 较。当前者 大于后者 时, 上行方向 继电器 为 ON, 反 之 下 行 方 向 继 电 器 为 ON。 由 于 轿 厅 所 处 层 站呼 梯 信 号 不 登 记 , 所 以 , 两 通 道内容不会有相等 的情况。 5 . 3 开 、关 门安 全保 护
内外 呼梯、关门、开门、平层、运行 加 减 速 、 运 行 方 式 控 制 等 信 号 接 到 PLC的 输 入, 共 3 0 点 , 电 梯 上 、下 行 继电 器 、开 门 及 关 门 继 电 器 、 各 种 信 号 显 示 接 PLC的 输 出 , 共 24 点。 系 统控 制 程序 约 九 百多 条 , 可
汽车钢板弹簧疲劳试验规程研究报告
汽车钢板弹簧疲劳试验规程研究邹辅平〔市空港开发区鼎森机械制造〕就目前而言，在中国的汽车钢板弹簧行业，对钢板弹簧的使用寿命性能指标的衡量，都是采用台架疲劳试验机来进展来进展检测的，其唯一参考的国家标准是?GB/T 19844-2005? 钢板弹簧。
这个标准里面疲劳试验的规要求很粗放，而实际上，对于不同的试验者由于对标准的理解不同，会存在试验规程上的差异，还有试验设备的不同，都会对试验结果带来误差，其最终结果是：对同一产品的评价，会产生不同的结果！为了施行统一的钢板弹簧疲劳寿命检验标准，就应从如下几个方面进展分析，统一思想，形成规，以确保对钢板弹簧产品疲劳寿命的准确评价。
一、?GB/T 19844-2005? 钢板弹簧标准中的误区和盲点在4.6条中对疲劳寿命技术指标的描述中写到“在应力幅为323.62Mpa(3300kgf/cm²)、最大应力为833.5Mpa〔8500kgf/cm²〕的试验条件下，钢板弹簧的疲劳寿命应不小于8万次〞在这个表述中对试验条件一带而过，为此，该标准就增加了一个“附录A〔规性附录〕汽车用钢板弹簧台架试验方法〞。
即便如此，该标准对钢板弹簧的试验规的规定仍然存在如下忙点：1、在计算钢板弹簧的比应力时，如何规弹性模量E的取值？对于双槽钢材料截面而言，如何计算根部断面系数和惯性矩？由于大家的理解和认识的不同，计算出来的比应力值就会有差异，最后所得到的预加变形量和振幅就会不同，试验结果就会出现差异。
2、试验脉动频率未做规定，这显然会带来试验频率越高，试验结果越差，反之，频率越低，疲劳寿命就会越长，其结果是不能够真实的反映客观实际。
3、原标准中仅仅只对产品的试验温升不能超过150℃做出了规定，而没有对如何统一降温措施和方法做出规定，就会使得150℃这个参数形同虚设，因为，在实际操作过程中，根本没方法直接测出产品片间的实际温度。
另一方面，风冷与水冷的效果是会有很大差异的，因此，看似有规定的试验，如果采取了不同的降温措施，所得到的试验结果也是会有所不同的。
少片式钢板弹簧的设计与计算_易双贵
悬架对汽车行驶平顺性有重要影响 。 少片式钢板弹簧是非独立悬架常用的弹性元件 , 较多片簧而言 , 因减少片间摩擦而改善了汽车的行驶平顺性 , 并且可以节省材料 , 减轻重量 , 更重要的是可以降低总成高 度 。 在保证同样寿命的前提下 , 重量大约比多片弹簧减少 40% 左右 , 因此得到广泛采用 。
k = 1 k =1 n n n 2 [ 3] E I k A k1 1 。 2 R R k 0 +ΔR k
1 1 u d U≈ E ∑ I 根据总变形能最小的条件 , 将 d 近似表示为 : 。 kA k 2 k= 1 d R d R R R 0 0 R k 0 +ΔR k 0 并令 d U = 0 , 同时将式 ( 4) 代入 , 便可解得 : d R 0 1 ( M ) 0k E ∑ k = 1 α =1 - n I A k k ∑ R k = 1 R 0 +Δ k 带入参数计算如下 : h 1 β′ = 1 -0. 52 = 0. 48 1 =1 h 2 W 1 = b h 21 6
k 2 3
∑M
i =1
0k
=0, 处理 ( 见表 1) 。 表 1 预弯矩计算公式
总片数 n=3 主片预弯矩 N ·m m M01 = ( 300 -σA) W1 W1 主片均值断面系数 /m m3 说 W1 =
新型货车转向架变刚度弹簧组的试验寿命估算及疲劳强度分析
第28卷,第1期 中国铁道科学Vol 128No 11 2007年1月 C HINA RA IL WA Y SCIENCEJ anuary ,2007 文章编号:100124632(2007)0120071205新型货车转向架变刚度弹簧组的试验寿命估算及疲劳强度分析王 红,商跃进,孟广浦(兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州 730070) 摘 要:针对运用中偶有发生的转K2型、转K4型、转K6型3种货车转向架变刚度弹簧组的断簧问题进行计算分析。
试验载荷下的寿命估算表明:质量完好的这3种转向架变刚度弹簧组的各型弹簧的疲劳寿命均可达到3×106次;其中,转K2型转向架的减振内簧、转K4型转向架的减振外簧、转K6型转向架的承载外簧在对应的弹簧组中相对寿命较短。
疲劳校核表明:转K2型、转K6型转向架各型弹簧能基本满足疲劳强度要求,校核结果与寿命估算所得的结果一致;转K4型转向架弹簧的校核结果与其所采用的试验方案有关系,现行试验方案下,校核所得的转K4型转向架减振外簧的疲劳强度相对最弱。
分析认为,应该修正减振内簧的设计参数,从设计源头消除失稳及由此引发的其他问题;个别弹簧出现折断质量问题,主要原因是弹簧钢材质不够稳定,材料与产品的热处理工艺匹配不够完善。
建议立项研究60Si2CrVA T 材料的基础性能参数。
关键词:变刚度弹簧;试验寿命;疲劳强度;转向架;分析 中图分类号:U2721041;U2701331 文献标识码:A 收稿日期:2006202227;修订日期:2006208225 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675092);甘肃省中青年科技基金资助项目(3ZS0412A252004) 作者简介:王 红(1968—),男,青海乐都人,副教授。
为满足我国铁路货车提速和重载的要求,近年来,国内相关车辆工厂先后设计制造了运行速度为120km ・h -1的转K2型、转K4型、转K6型3种技术性能先进的新型货车转向架。
钢结构的疲劳寿命和评估
钢结构的疲劳寿命和评估疲劳是指物体在周期性加载下的循环应力作用下逐渐累积损伤的现象。
钢结构广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域，而对于钢结构的疲劳寿命和评估，对于保障结构的安全性和可靠性具有重要意义。
一、疲劳寿命的含义和评估方法疲劳寿命是指钢结构在不断受到循环应力作用下，能够保持结构完整性和性能的时间。
钢结构的疲劳寿命评估方法目前主要有试验方法和计算方法两种。
试验方法是通过搭建实验模型，给予不同频率和幅值的循环载荷加载，测量应变和应力的变化，然后评估结构的疲劳寿命。
试验方法的优势在于可直接观测和测量结构变形和受力情况，但其劣势是成本高昂且耗时较长。
计算方法是通过使用疲劳寿命的评估公式来预测结构的寿命。
常用的评估公式包括极限应力幅值公式、应力周期计数公式和应变幅值公式。
计算方法的优势在于成本较低且速度较快，但其劣势是需要可靠的材料性能数据和较为精确的工况分析。
二、影响钢结构疲劳寿命的因素1.循环载荷频率和幅值：循环载荷频率和幅值是影响钢结构疲劳寿命的重要因素。
载荷频率越高、幅值越大，结构的疲劳寿命就越短。
2.材料的疲劳性能：不同的钢材具有不同的疲劳寿命。
一般情况下，高强度钢材的疲劳寿命较短，而低强度钢材的疲劳寿命较长。
3.构件的形状和尺寸：构件的形状和尺寸对钢结构的疲劳寿命也有一定影响。
一般情况下，形状复杂的构件疲劳寿命相对较短，而较为简单的构件疲劳寿命相对较长。
三、钢结构疲劳寿命评估的重要性评估钢结构的疲劳寿命对于工程设计、结构检测和维护具有重要意义。
1.工程设计：在钢结构的设计阶段，进行疲劳寿命评估可以帮助工程师合理选择材料，优化结构形式和尺寸，预测结构的疲劳损伤，从而提高工程的安全性和可靠性。
2.结构检测：定期对钢结构进行疲劳寿命评估可以帮助监测结构的健康状况，及时发现潜在的疲劳问题，采取相应的维修和保养措施，延长结构的使用寿命。
3.维护管理：钢结构的疲劳寿命评估结果可以作为维护管理的依据，合理安排维修和保养周期，提高维护管理的效益和准确性。
少片变厚断面钢板弹簧的设计
公司网址： 电子邮箱：4612757@1为减轻整车重量，使车辆轻量化，改善汽车的平顺性，作为汽车钢板弹簧易损件来说，是实现车辆轻量化的一个不可忽视的零件。
因此，目前国内许多汽车越来越多地开始采用由一片或几片纵向变厚断面弹簧组成的少片弹簧。
（见图一）图一现就宽度不变的抛物线叶片弹簧和梯形变厚叶片弹簧的刚度及其有关应力的计算介绍如下：一、抛物线叶片弹簧（见图二）1、等应力梁实际上抛物线叶片弹簧是一种等应力梁少片变厚断面钢板弹簧的设计公司网址： 电子邮箱：4612757@2设弹簧端部的载荷为P ，弹簧宽度为B ，那么弹簧中央部位A —A 处的应力бA 则为：бA=6P e /Bh 〈1〉弹簧在任一截面ex 处的应力бx 则为：бx=6Pe x /Bh x 〈2〉因弹簧是等应力梁，所以弹簧在任一截面处的应力均相等,由公式：〈1〉和公式〈2〉相等条件得到：hx=h （ex/e ） 〈3〉由上式可看出，欲使弹簧在各截面处的应力相等。
叶片弹簧各点厚度必须沿长度×方向做成抛物线形状。
实际上，理想的抛物线弹簧是无法使用的，这种弹簧在端部不能承受剪应力，卷耳端部强度差，加工难。
所以考虑卷耳端部的强度和弹簧中部实际装车夹紧状况，抛物线叶片弹簧应制成如下：见图三2221公司网址： 电子邮箱：4612757@3图三图中：A 、B 、C 、D 部份弹簧厚度不变，而B 、C 、O 部份弹簧厚度按抛物线变化。
2、抛物线叶片弹簧的刚度： 弹簧在任一截面处的惯性矩分别是 在（O —e 1）范围内J 1为常数 J 1= 式中：n 弹簧片数在（e 1e 2）范围内，断面惯性矩J 2为X 的函数。
J 2= 由公式〈3〉得：J 2= ×（ ）×n 在（e 2 e 1）范围内，J 3为常数。
J 3= 由于在不同长度范围内惯性矩J 值不同，经整理后刚度值为： C= · ·a式中a 断面修正系数，通常取0.9结论：事实上，抛物线叶片弹簧，在现实的汽车钢板弹簧3 3 3 231 12 ×n ×nBh 1╳nxBh 12 32Bh 12e xe 3 2Bh6E J 3 e （1+（ ）·K ） e 2 e 3公司网址： 电子邮箱：4612757@4加工中，不能付诸实现，因此较多地采用的是梯形变厚断面代替抛物线变化的梁。
汽车钢板弹簧设计计算
1.1单个钢板弹簧的载荷已知汽车满载静止时汽车前轴荷G1=3000kg，非簧载质量Gu1=285kg，则据此可计算出单个钢板弹簧的载荷:Fw1=（G1－Gu1）／２＝1357.5 kg （１）进而得到：Pw1=Fw1×9.8=13303.5 N （２）1.2钢板弹簧的静挠度钢板弹簧的静挠度即静载荷下钢板弹簧的变形。
前后弹簧的静挠度都直接影响到汽车的行驶性能[1]。
为了防止汽车在行驶过程中产生剧烈的颠簸（纵向角振动），应力求使前后弹簧的静挠度比值接近于1。
此外，适当地增大静挠度也可减低汽车的振动频率，以提高汽车的舒适性。
但静挠度不能无限地增加（一般不超过240 ｍｍ），因为挠度过大，即频率过低，也同样会使人感到不舒适，产生晕车的感觉。
此外，在前轮为非独立悬挂的情况下，挠度过大还会使汽车的操纵性变坏。
一般汽车弹簧的静挠度值通常如表1[2]所列范围内。
本方案中选取fc1=80 ｍｍ。
1.3钢板弹簧的满载弧高满载弧高指钢板弹簧装到车轴上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差[3]。
当H0=0时，钢板弹簧在对称位置上工作。
考虑到使用期间钢板弹簧塑性变形的影响和为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，常取H0∈10－20ｍｍ。
本方案中H01初步定为１8ｍｍ。
1.4钢板弹簧的断面形状板弹簧断面通常采用矩形断面，宜于加工，成本低。
但矩形断面也存在一些不足。
矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的对称位置上。
工作时，一面受拉应力，一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。
因材料的抗拉性能低于抗压性能，所以在受拉应力作用的一面首先产生疲劳断裂。
除矩形断面以外的其它断面形状的叶片，其中性轴均上移，使受拉应力的一面的拉应力绝对值减小，而受压应力作用的一面的压应力绝对值增大，从而改善了应力在断面上的分布情况，提高了钢板弹簧的疲劳强度并节约了近10%的材料。
板簧计算
汽车平衡悬架钢板弹簧设计东风德纳车桥有限公司2005年9月15日一、钢板弹簧作用和特点a.结构简单，制造、维修方便；b.弹性元件作用；c.导向作用；d.传递侧向、纵向力和力矩的作用；e.多片弹簧片间摩擦还起系统阻尼作用；f.在车架或车身上两点支承，受力合理；g.可实现变刚度特性；h.相比螺旋弹簧和扭杆弹簧而言，单位质量的储能量较小，在同样的使用条件下，钢板弹簧要重一些。
二、钢板弹簧的种类、材料热处理及弹簧表面强化1.目前，汽车上使用的钢板弹簧常见的有以下几种：1)普通多片钢板弹簧；2)少片变截面钢板弹簧；3)两级变刚度复式钢板弹簧；4)渐变刚度钢板弹簧2.钢板弹簧材料的一般要求钢板弹簧与其它弹性元件一样，弹簧使用寿命与材料及制造工艺有很大关系，因此选用弹簧材料时应考虑以下几个方面因素1)弹性极限弹簧在弹性极限范围内变形时，希望弹簧储存的弹性变形能要大，而弹簧在单位中单位体积内储存的弹性变形能是与材料的弹性极限平方成正比，而与弹性模量与反比，因此从提高材料贮存的弹性变形能角度看，希望提高材料的弹性极限。
一般说材料抗拉强度高，弹性极限也高。
弹性极限与材料的化学成分和金相组织有较大关系，在弹簧钢中如果提高碳、硅、锰元素含量，可以提高材料弹性极限。
弹簧采用中温回火处理，能够得到具有较高弹性极限的回火屈氏体组织。
2)弹性模量 弹性模量有两种，即拉伸弹性模量E 和剪切弹性模量G 。
材料弹性模量愈小，材料变形和贮存的弹性变形能愈大。
从这个角度看，国外采用了弹性模量较低的增强树脂材料弹簧（FRP 弹簧）。
3)疲劳强度 由于弹簧多在交变载荷下工作，所以要求材料应有较高的疲劳极限，疲劳强度与材料抗拉强度b 和屈服强度s σ成正比，因此为了提高弹簧的疲劳强度，应设法提高材料的抗拉强度b σ和屈服强度与抗拉强度之比（b s σσ）。
4)淬透性 对于断面较厚的或变截面钢板弹簧，希望用淬透性较好的材料。
材料如不能淬透，淬火组织中将含有较多的非马氏体组织，使淬火后硬度降低。
汽车钢板弹簧的性能、计算和试验
汽车钢板弹簧的性能、计算和试验东风汽车公司技术中心陈耀明1983年3月初稿2005年1月再稿目录前言（2）一．钢板弹簧的基本功能和特性（3）1.汽车振动系统的组成（3）2.悬架系统的组成和各元件的功能（6）3.钢板弹簧的弹性特性（7）4.钢板弹簧的阻尼特性（12）5.钢板弹簧的导向特性（14）二．钢板弹簧的设计计算方法（17）1.单片和少片变断面弹簧的计算方法（17）2.多片钢板弹簧的刚度和工作应力计算（24）3.多片弹簧各单片长度的确定（32）4.多片弹簧的弧高计算（36）5.钢板弹簧计算中的几个具体问题（43）三．钢板弹簧的试验（46）1.钢板弹簧的静刚度测定（46）2.钢板弹簧的动刚度测定（50）3.钢板弹簧的应力测定（52）4.钢板弹簧单片疲劳试验（53）5.钢板弹簧总成疲劳试验（54）前言本文是为汽车工程学会悬架专业学组所办的“减振器短训班”撰写的讲义，目的是让汽车减振器的专业人员对钢板弹簧拥有一些基本知识，以利于本身的工作。
内容分为三部分：钢板弹簧的基本功能和特性，设计计算方法，以及试验等。
因为这部分内容非本次短训班的重点，所以要求尽量简单扼要，也许有许多不全面的地方，只供学习者参考。
有关钢板弹簧较详细的论述，可参考本学组所编的“汽车悬架资料”。
一．钢板弹簧的基本功能和特性1.汽车振动系统的组成汽车在道路上行驶，由于路面存在不平度以及其它各种原因，必然引起车体产生振动。
从动态系统的观点来看，汽车是一个多自由度的振动系统。
其振源主要来自路面不平度的随机性质的激振，此外还有发动机、传动系统以及空气流动所引起的振动等等。
为改善汽车的平顺性，也就是为减小汽车的振动，关键的问题是研究如何对路面不平度的振源采取隔振措施，这就是设计悬架系统的根本目的。
换言之，就是在一定的道路不平度输入情况下，通过悬架系统的传递特性，使车体的振动输出达到最小。
当研究对象仅限于悬架系统时，人们往往把车体当为一个刚体来看待。
汽车钢板弹簧在不同摩擦系数下疲劳寿命研究
４．２疲劳寿命结果分析 图５示出了摩擦系数分别为０．１和０．２时的疲劳寿命 云图。从整体上看，板簧结构寿命分布合理，虽然簧片间摩
ｕ＝０．１０
ｓＥｏ、
擦系数不同，但钢板弹簧的疲劳损伤区域均分布于钢板弹簧 变截面有效长度部分，这与有限元分析的应力分布是一 致的。 表２列出了不同摩擦系数下板簧的疲劳寿命，可知：在 相同的交变载荷作用下，随着簧片间摩擦系数的增大，钢板
４．１
Ｓ—Ｎ曲线和载荷谱确定 在Ｆａｔｉｇｕｅ软件中根据钢板弹簧所用材料５０ＣｒＶＡ的弹
性模量、？白松比、抗拉强度和屈服强度等参数可以拟合出该 材料的Ｓ—Ｎ曲线，如图４所示，且该方法较为保守。查阅相 关手册可得５０ＣｒＶＡ的屈服极限仃。≥１１２７ＭＰａ，抗拉强度盯ｂ
≥１２７４ＭＰａ。
表１可以看出，随着摩擦系数的增大，满载等效应力降 低。这主要是由钢板弹簧在载荷作用下变形，各片间相对滑 动产生摩擦且摩擦力做功损耗能量引起的。对于该钢板弹 簧，其接触摩擦主要发生在簧片端部的平直段，接触面积较 小，因此摩擦系数每增大０．１，最大等效应力约减小６ 摩擦系数对该板簧等效应力的影响并不是很大。
ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｒｍｏｒ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ，ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ
ｉｓ
ａｎ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａ－
ｔｏ
ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｒｍｏｒ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ
２０１４年１２月
汽车钢板弹簧在不同摩擦系数下疲劳寿命研究
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摘要本文介绍了汽车变截面钢板弹簧的设计计算，包括弹簧参数计算、弹簧形状设计及材料组成等方面。
通过对变截面钢板弹簧的物理特性进行分析，结合设计要求，以及材料及工艺的要求，采用MARC建模及软件进行非线性有限元分析，得出变截面钢板弹簧的设计结果。
关键词：变截面钢板弹簧，参数计算，形状设计，MARC建模1. IntroductionVariable-Cross-Section Steel Plate Spring (VCSSPS) is an important part in auto manufacture. VCSSPS can provide smooth and reliable force when it works in enclosed space because ofits advantages of light weight and small size. It has been widely used in body, chassis, engine and suspension systems. VCSSPS contains a variety of parameters such as material, shape, size and load. And its performance is greatly affected by these parameters. Thus, it is very important to design the VCSSPS in a reasonable way.In general, VCSSPS design includes three steps: parameters calculation, shape designing and material selection. First, parameters calculation must be done according to the design requirement. Then, shape should be designed according to parameters carefully. Furthermore, the material and processes should be carefully selected and applied.In this paper, we introduce the VCSSPS design process and analysis. We use MARC software to analyze the VCSSPS under nonlinear finite element environment and get the parameters’ design results. The main contributions include: 1) a conciseintrod uction of VCSSPS design process; 2) analysis of parameters’ effects on VCSSPS; 3) the optimization of geometry design and material selection; 4) the design results of VCSSPS.2 Parameter CalculationThe parameters of VCSSPS mainly include load, length,section size, curvature, number of plate and material. The calculation results of these parameters have significantinfluence on the performance of VCSSPS.2.1 LoadLoad is the product of spring force and displacement, which can be obtained from the static deflection and force performance data provided by the design requirements.2.2 LengthLength of VCSSPS is determined by the static performance. Generally, the distance between the mounting holes should be the same as that of the mating parts.2.3 Section SizeThe section size of VCSSPS can be obtained from the load and displacement provided by the design requirements. Generally, thesection size should be determined according to the static performance.2.4 CurvatureCurvature of VCSSPS is determined by the section size. Generally, the curvature should be designed according to thestatic performance.2.5 Number of PlateThe number of plate is determined by the dynamic performance. Generally, the number of plate should be designed according tothe dynamic performance.2.6 MaterialThe ideal material for VCSSPS is determined by the static, dynamic and temperature requirements. Usually, good strength and modulus of elasticity are preferred.3 Shape DesignThe shape of VCSSPS should be designed according to the parameters calculated above. In general, the shape of VCSSPS should be designed as follows:3.1 Section SizeSection size of VCSSPS should be designed according to the calculated parameters. Generally, the section size should be designed as uniform as possible.3.2 Number of PlateThe number of plate should be designed according to the calculated parameters. Generally, the number of plate should be designed as many as possible.3.3 Geometry。