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制造钢板弹簧时预应力分配问题
禅
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[摘要】本文简述了钢板弹簧的制造依据.对制造钢板弹簧的关-r/-/;
键因素——预应力分配问题，作了较详细的分析，并给出相关的计算公
行海雅工艺[叙词]钢板弹簧应力分配r/l,.奸'lI1工-—————_'.————一U，一r 一II'～L—
l前言
在所有车辆中，悬架系统是其中的重要总成
之一，它把车架与车轴弹性地连接起来，其主要任
务是缓和由不平路面传给车架的冲击截荷，以保
证汽车的正常行驶.其对汽车的行驶平顺性，稳
定性，通过性和燃油经济性等使用性能都有影响.
然而钢板弹簧因能兼作导向机构，而且因其结构
简单可靠，容易制造，保养维修简便等优点，目前
被广泛地应用在货车上.
一
般而言，汽车生产厂家只要确定了整车的
一
系列总布置参数后，就能给出钢板弹簧选型设
计的基本参数，如长度，宽度，各片厚度，片数和总
成自由弧高等.
2分析方法
造出符合设计要求的板簧.选择板簧各单片的自由曲率半径和自由弧高是保证符合板簧总成设计参数的主要因素.而各片的自由弧高要由其预应力分配来决定.因此，预应力分配的确定至关重要，同时它还对板片的疲劳寿命产生很大影响.
通常希望板簧设计成等应力的，即各片的疲
劳寿命大体相同，而其疲劳寿命取决于平均应力和应力幅两方面的组合.单片承受的合成平均应力是由外负荷施加的工作应力和预应力所组成, 所以，可选择不同的预应力来调整合成平均应力, 以达到各片疲劳寿命大体相同的目的.
选取预应力:
(1)总成装配后，各单元端部接触贴合好，在
任何情况下各片同时参加工作，避免片间出现大的间隙.
(2)主片及长片受力较复杂，而且折断后较
易出现危险，要适当降低其台成平均应力.
(3)主片及长片成本比短片高得多，希望长
片的寿命比短片长.
综上所述，预应力的选取不能按照某一个公
式来计算，只能依据基本原则及实际情况来确定. 设计时一般使主片(长度等于和大于伸直弦长的板片)承受负的预应力，取值一8O一150N/ram以内，其绝对值是递减的；使副片(长度小于伸直弦
长的板片)承受正的预应力，取值+(20—60)N/ mDi以内，其绝对值递增到最末一，二片之前，末
二片再减小一些，以保证末二片的合成平均应力不致太高.
在确定各片所需预应力的同时，还要满足自
平衡条件：就是在未受外截荷作用时，弹簧的任何
断面中各片预应力所造成的弯矩之代数和等于
零.即
∑=∑i?=0(1)J=1f=l
对于板片厚度相同的板簧，则简化为:
∑:∑:0(2)』=IL=】
已知板簧设计图上给出的总成自由弧高，并
表1
确定了满足式(1)或(2)的各片预应力之后，就可
以确定板簧各片在自由状态下的弧高了.如下表
1中公式求得:
项目公式备注
板簧总成曲率半径Ro：瓦L2L：板簧长度(第一片的伸直弦长)mm
H：板簧总成自由弧高mm
R.瓦一E~hi弹性模量:E=2.1xlOsN/ram
h,：第i片的厚度mm
单片自由孤高H.兰L：第i片的长度mm
由已知板簧各片长度和计算出已知各片自由曲率半径，用如表2公式计算总成曲率半径及弧高.
表2
项目公式备注
∑k
计算板簧总成曲率半径Ro1RiL：板簧长度
R0一∑IJiL：第i片长度
R：第i片自由弧高半径
计算板簧总成自由弧高HoWo=L2
如按表2公式求出的孤高H0同设计图上所
要求的总成自由弧高H相接近，便认为合适，即
可按表1计算出的Ri和Hi制造板簧.否则要调
整各片的预应力分配重新进行计算.根据我们的
经验，计算误差在3mm以内，实际制造出的板簧
总成弧高就能满足设计图上的要求.
纸浆模>加油站三次油气回收3实倒计算
1994年9月，有一张汽车板簧图纸.其基本
参数如下：板片宽10Omm，厚16mm，总成自由弧
高1154-8mm(即范围123—107mm)，弦长市政隔离栏
1190mm，各片长度见表A.
表A各片长度m珊
L1hbkL1kb 12121262838712650550490444350
我们从图和给出的各片长度中认定该弹簧主
片为第一，二片，其余为副片.依照预应力选取原
则：主片取负值，绝对值递减；副片取正值，绝对值
递增，最末二片再减少，同时要满足自平衡条件.
我们选取各片预应力列于表B.
表B各片预应力分配N/nun
O01嘞do4O05d06咖嘶009∑嘶
一
1o0—3001020303020200
将板簧长度L和表B中数值代入表1中公后列出表C. 式，不难计算出各片的自由曲率半径及弧高，计算
表C各片自由曲率半径及弧高ilflm
1L
.123456789
R.l763l643l59615801566l551155l1566l566
Hl04lo955403424191610
再将表A和B中数值代入表2公式中，即可
家庭智能终端
计算出总成自由弧高H=l13.5ram，与要求的标
准值(Hn:115ram)相比误差为1.5ram.
依据计算出的表c数值制出板簧，实测其总
成自由弧高为l1lmm，在公差范围(115±8)以
内，完全达到设计要求.
4结束语
几年来，用这种确定预应力的分配方法及相
1汽车设计.吉林工业大学汽研室编
2汽车悬架资料.中国汽车工程学会编
3刘城勇.铁路机车车辆弹簧制造工艺
关计算公式制造的钢板弹簧既符台设计图纸要
求，又没出现过板片早期断裂情况，证明是实用可
行的.
有一个问题已引起我们的注意，用这种方法
制造出的板簧，虽然其总成自由弧高在公差范围
精轧管以内，但大部分是下限.我们正探讨其规律性，以
mvkkk便出更能接近其标准值的实用方法.
参考文献
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