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1、
后懸架圓錐形螺旋彈簧設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
編寫(xiě):
審核:
批準(zhǔn):
2006年8月
一、 已知條件
Rear Spring
Rear axle weight 44%=748 Kg Mid Laden (1046 Gross)
Wheel total 374 Kg
Unsprung mass 45 Kg per wheel
Sprung Mass 329Kg
Nominal Overall (outside) diameter 126 mm
Top Diameter 110mm Bottom Diamet
2、er 143mm
Free Length (rebound = 15mm) 326mm
Mid Laden length 238mm
Fully Compressed length 165mm
Rate 4.507Kg/ mm
Frequency 90 cycles (1.5Hz)
二、 參數(shù)計(jì)算
彈簧類(lèi)型：等節(jié)距圓錐形螺旋彈簧。
1、 選擇材料、初定彈簧絲直徑、大圈半徑、小圈半徑
汽車(chē)后懸架所受沖擊大，需選用彈性好，疲勞強(qiáng)度較高的材料，故選用熱軋彈簧鋼（GB1222）60Si2MnA。受沖擊載荷，屬于Ⅱ類(lèi)彈簧。
初選彈簧絲直徑mm。
初選大圈半徑、小
3、圈半徑。
2、 初算彈簧剛度
已知“Free Length 326mm、Mid Laden length 238mm”，即彈簧自由高度為326mm，當(dāng)后軸承重748Kg時(shí)其高度為238mm。
由虎克定律，得彈簧圈開(kāi)始接觸前剛度：
取 即
3、 有效圈數(shù)、節(jié)距、在自由狀態(tài)下的有效圈的高度、自由高度
取有效圈數(shù) 。
于是，彈簧圈開(kāi)始接觸前剛度變?yōu)椋?
即。
取當(dāng)端部并緊，彈簧的磨平支承圈為1圈，即
。
此時(shí)，總?cè)?shù)與有效圈數(shù)的關(guān)系為：
因此，彈簧總?cè)?shù)為圈。
自由高度：
又知自由高度mm。故 mm。
由mm得，節(jié)距 mm
4、，取 mm。
故在自由狀態(tài)下的有效圈的高度：
自由高度： mm
4、 壓并時(shí)圈間中心高度、壓并時(shí)的有效高度
mm
因
故壓并時(shí)的有效高度
mm
5、 最大半徑支承圈半徑、最小半徑支承圈半徑、展開(kāi)長(zhǎng)度
（1）
（2）
mm
6、 彈簧圈開(kāi)始接觸時(shí)的載荷、變形、應(yīng)力
其中， ，
解
5、得： 。
故
因材料為熱軋彈簧鋼（GB1222）60Si2MnA，屬于Ⅱ類(lèi)彈簧
故壓縮彈簧許用切應(yīng)力。
可見(jiàn)，，校核合格。
7、 彈簧圈完全壓并時(shí)的載荷、變形、應(yīng)力
因載荷類(lèi)型為Ⅱ類(lèi)
故工作極限切應(yīng)力
可見(jiàn)，，校核合格。
8、 強(qiáng)度驗(yàn)算
疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)：
――彈簧在脈動(dòng)載荷下的剪切疲勞強(qiáng)度
――最大工作載荷所產(chǎn)生的最大切應(yīng)力
――最小工作載荷所產(chǎn)生的最小切應(yīng)力
――許用安全系數(shù)，
取
取彈簧壓并時(shí)的切應(yīng)力為最大切應(yīng)力
取
6、彈簧圈開(kāi)始接觸時(shí)的切應(yīng)力為最小切應(yīng)力
故
，驗(yàn)算合格。
9、 共振驗(yàn)算
對(duì)于減振彈簧，按下式進(jìn)行驗(yàn)算
式中 ――彈簧的自振頻率，；
――強(qiáng)迫機(jī)械振動(dòng)頻率，；
――彈簧剛度，；
――載荷，。
彈簧的自振頻率還可表示成，
式中 ――簧載質(zhì)量
當(dāng)車(chē)輛空載時(shí)，空載頻率
車(chē)輛滿(mǎn)載時(shí)，簧上質(zhì)量
滿(mǎn)載頻率
故后懸架彈簧振動(dòng)頻率在之間，與要求頻率接近，滿(mǎn)足要求。
10、 車(chē)輛空載、滿(mǎn)載時(shí)的彈簧高度、大支承圈和小支承圈直徑
車(chē)輛空載、滿(mǎn)載時(shí)簧載質(zhì)量分別為：329
7、、
車(chē)輛空載、滿(mǎn)載時(shí)簧載載荷分別為：、
又彈簧圈開(kāi)始接觸時(shí)的載荷，、
所以，車(chē)輛空載、滿(mǎn)載時(shí)彈簧圈都未開(kāi)始接觸，故其剛度為彈簧圈開(kāi)始接觸前剛度，。
由虎克定律，車(chē)輛空載時(shí)彈簧變形：
空載彈簧高度
比初始條件238mm降低3mm。
車(chē)輛滿(mǎn)載時(shí)彈簧變形：
滿(mǎn)載彈簧高度
彈簧完全壓并時(shí)的高度：
比初始值165mm低13mm。
車(chē)輛空載時(shí)彈簧高度到完全壓并時(shí)高度之差為：
由已知條件，車(chē)輪從車(chē)輛空載平衡位置到最大位移時(shí)跳動(dòng)量，換算為后懸架彈簧的跳動(dòng)量為。因此此彈簧完全可以滿(mǎn)足車(chē)輪跳動(dòng)的要求。
大支承圈直徑：
小支承圈直徑：
大支承圈直徑和小支承圈直徑即為“Top Diameter 110mm Bottom Diameter 143mm”。設(shè)計(jì)值比初始值分別大和。
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