【钢板弹簧结构及类型分析2700字】

钢板弹簧结构及类型分析目录TOC\o"1-3"\h\u19041钢板弹簧结构及类型分析 167681.1.1弹簧类型 1309901.1.2钢板弹簧 1170901.1.3板簧的失效形式 3325591.1.4板簧的计算 3242511.1.5板簧的实际工况 5钢板弹簧是车辆悬架当中应用最为广泛的弹性元件，主要应用在非独立悬架的车辆上，由宽度相同但长度相同或者不同的弹簧片组成的近似等强度的弹性梁[46]。其中长度较长的簧片通常为承载簧片，称为主片。通常将主片两端做成卷耳，第二片簧片做成包耳，有利于承受车辆行驶过程中的纵向作用力。弹簧类型弹簧是底盘的一部分，连接车身与车轮。通过将变形功存储为势能，通过弹性柔度来补偿路面不平度，并在需要时释放它。弹簧承受振荡载荷，其高度取决于弹簧行程。主要任务是提高乘员的舒适度和车辆安全性。通过较低的垂直车身加速度，俯仰和滚动运动对车身的冲击，乘客可以更好的体验到振动舒适性。弹簧系统分为两种不同的类型。一方面，它根据液压弹簧，气弹簧和固态弹簧中弹簧材料的类型而有所区别。后者又分为钢弹簧，金属弹簧和非金属弹簧。车辆中的弹簧细分主要基于应力的主要类型。这些应力包括扭力（螺旋弹簧），弯曲（叶片弹簧），气体压缩（空气弹簧）以及压力和推力（弹性体弹簧）。螺旋压缩弹簧主要用于轿车中。板簧主要应用于商用车，越野车。高端市场使用的是高价位的气弹簧[47]。钢板弹簧钢板弹簧的起源是车架的底盘弹簧，是第一种悬架弹簧，简称为板簧。近年来，由于其紧凑的设计，它们在很大程度上已被螺旋压缩弹簧所取代。但是，由于钢板弹簧在商用车和廉价小型车领域的优势而被继续使用。板簧的优点有很多。例如很好的强度和刚度，较低的生产成本。板簧的结构除了用作弹簧元件外，还可以用作连接车身和车轴的结构元件。此外，由于层与层之间的耗散而产生的摩擦力在多叶弹簧中产生阻尼特性，阻尼特性有助于减少机械结构的共振振幅，从而避免结构因震动应力达到极限造成机构破坏。板簧的缺点是重量相对较高并且舒适性较低。板簧的要求因车型的不同各有差异。板簧的设计对于满足这些要求至关重要。为此，根据层的结构和截面的几何形状对板簧进行细分。简单的基本设计是矩形弹簧、三角形弹簧、梯形弹簧、抛物线形弹簧和双曲线形弹簧。最简单的形式是具有矩形横截面的弯曲梁。由于梁中心的最大弯矩和施加的夹紧载荷减小，梁上产生的应力会导致梁在夹紧时尺寸过大。在三角形弹簧的情况下，梁的宽度基于弯矩，并朝着夹紧方向减小。但是，细端不适合用于动力传输和连接到车身，因此也没有使用此设计。梯形弹簧对应于带有截断尖端的三角形弹簧，是分层板簧的典型设计。尽管先前的形状是由具有恒定宽度的恒定厚度产生的，但杆的厚度随抛物线形弹簧而变化，而宽度保持不变。支架端部设计得较厚，可以连接到车身。使用双曲线弹簧时，梁的截面积保持恒定，而厚度朝中心方向增加而宽度减小，以实现相同的强度。由于高负荷，对于简单的基本形状，板簧的所需宽度将太大。因此，板簧被设计成单弹簧，但是实际上被用作多个单板弹簧的组合，作为弹簧组或弹簧系统[48]。具有高弹性模量的弹簧钢通常用作板簧的材料，以便存储大量的弹性能并在需要时释放它。尤其是没有弹性形变的高回弹力，耐腐蚀性，抗缺口敏感性的韧性和疲劳强度。另外，必须在材料的强度和延展性之间做出适当的折衷[47]。图2.1梯形和抛物线形弹簧[2]图2.2板簧形状[48]板簧的失效形式板簧的使用寿命受到工作环境、附加载荷、受力大小、制作原料、加工工艺等因素的影响。通常，板簧的失效形式有以下几种：中心孔失效板簧的中心位置有螺栓连接，因此有时会在中心孔出发生断裂，该失效原因为螺栓松动，当螺栓松动时，就会在中心孔附近造成应力集中。而该处横截面积较小，当产生的应力超过了板簧的疲劳强度时，板簧就会失效。板簧卷耳失效除了交通事故以及错误的使用方式会引起板簧卷耳失效外，装配以及制作不当也会使卷耳失效，如卷耳与衬套之间的间隙过小，装配过紧、卷耳形成时的热处理不足或者过高。通常热处理不当会引起早起失效，而长时间使用才会产生疲劳断裂。腐蚀疲劳在腐蚀性的环境和循环应力的共同作用下，板簧会出现裂纹，当板簧继续工作时，裂纹会继续扩展，直到超过板簧能够承受的载荷，就会导致板簧断裂。微振疲劳失效板簧与压板之间或板簧片之间的接触面会产生微小幅度的振动，这种振动会对板簧造成磨损，进而导致板簧失效。当板簧的受力面由于微振而导致磨损时。板簧的使用寿命也会被大大的降低。微振疲劳失效主要发生在等截面多片簧的钢板弹簧中，而变截面的板簧上很少出现。过载当板簧上施加的应力超过了材料本身的抗拉强度时会导致过载断裂。应力腐蚀断裂应力与腐蚀共同作用会导致应力腐蚀断裂。该断裂常发生在微小或瞬间裂纹扩展后。要发生应力腐蚀断裂需要有四个基本因素：负载超过板簧能够承受的重量，应力集中处会更容易达到阈值；材料硬度过高；腐蚀性环境；时间长。热处理及加工工艺加工工艺不佳、材料质量问题、热处理不佳等都会导致板簧在成型后很容易发生疲劳断裂，进而大大缩短板簧的寿命。板簧的计算板簧最重要的参数是弹簧刚度QUOTEc(s)，也称为弹簧常数。该值描述了随着行程s增加力F的变化[49]。(2-1)上式中：为弹簧力，单位为N;为板簧行程，单位为mm;为弹簧刚度，单位为MPa。弹簧根据弹簧刚度特性进行划分。在弹簧刚度恒定且弹簧力与弹簧行程成比例的情况下，弹簧被称为线性弹簧。高弹簧刚度表示板簧较硬，而低弹簧刚度则较软。如果弹簧力在整个弹簧行程中成比例增加，则弹簧具有渐进特性。渐进式板簧尤其是由不同的单个弹簧的并联连接以及各层之间的摩擦力产生的。这些特性的优点尤其适用于具有高负载的商用车辆。当卸载时，悬架是柔软的，并增加了乘员的舒适度。加载时，由于硬悬架，偏转深度受到限制[49]。图2.3弹簧刚度特性曲线为了计算板簧，基本上将单弹簧视为在两个支架上具有恒定矩形截面的板簧。用于确定弹簧刚度的应力和应变是基于弹性原理的胡克定律得出的。该定律描述了材料的弹性挠度QUOTEss取决于板簧所受的力QUOTEFF，板簧长度QUOTEll，弹性模量QUOTEEE与惯性矩QUOTEII[49]。(2-2)上式中：为挠度，单位为mm;为弹簧所受的力，单位为N;为板簧的长度，单位为mm;为弹性模量，单位为N/mm2;为惯性矩，单位为mm4。具有矩形截面的板簧使用下式计算惯性矩：(2-3)上式中：为惯性矩，单位为mm4;为板簧的宽度，单位为mm;为板簧的厚度，单位为mm。弹簧刚度由公式2-2得出：(2-4)上式中：为弹簧刚度，单位为MPa；为板簧所受的力，单位为N；为挠度，单位为mm；为板簧的宽度，单位为mm；为板簧的厚度，单位为mm；为弹性模量，单位为N/mm2；为板簧的长度，单位为mm。板簧的实际工况汽车在实际行驶