轿车悬架螺旋弹簧的设计轿车悬架螺旋弹簧的设计www.jzq5.cnwww.jzq5.cn1.1.前言前言当今乘用车大多数悬架系统的弹性元件都采用当今乘用车大多数悬架系统的弹性元件都采用螺旋弹簧。它具备结构简单、制造容易、成本低螺旋弹簧。它具备结构简单、制造容易、成本低廉、可靠耐用等优点。廉、可靠耐用等优点。虽然在通用机械上的螺旋弹簧计算已相当成熟，虽然在通用机械上的螺旋弹簧计算已相当成熟，但是，车辆用的螺旋弹簧因其恶劣的使用环境和但是，车辆用的螺旋弹簧因其恶劣的使用环境和路面随机的动载荷，使它在设计方法上和制造工路面随机的动载荷，使它在设计方法上和制造工艺上都有别于其他机械上的螺旋弹簧。艺上都有别于其他机械上的螺旋弹簧。为此，本文将详尽介绍如下。为此，本文将详尽介绍如下。螺旋弹簧可分为线性弹簧（刚度螺旋弹簧可分为线性弹簧（刚度ksks为常数）和非线为常数）和非线性弹簧（刚度性弹簧（刚度ksks为变量）两种。非线性弹簧可通过采用为变量）两种。非线性弹簧可通过采用锥簧、变螺距、锥形变截面钢丝等手段来实现，卷制前钢锥簧、变螺距、锥形变截面钢丝等手段来实现，卷制前钢丝的形状见图丝的形状见图11。。图图11CC型弹簧钢丝单端逐渐变粗（也有两端的）采取复杂的型弹簧钢丝单端逐渐变粗（也有两端的）采取复杂的墩粗工艺来实现，其制造成本猛增，例如墩粗工艺来实现，其制造成本猛增，例如Audi100Audi100轿车轿车前悬架弹簧便是如此。其目的在于提高端圈的刚度，避免前悬架弹簧便是如此。其目的在于提高端圈的刚度，避免端圈与邻圈接触后（在端圈与邻圈接触后（在AA点）增加额外的接触应力，引起点）增加额外的接触应力，引起应力集中，从而降低弹簧应力集中，从而降低弹簧的疲劳寿命，见图的疲劳寿命，见图22。。端圈墩粗长度应大于端圈墩粗长度应大于πDπD00DD00弹簧中径弹簧中径mmmm用锥形钢丝绕制的变刚度弹簧用锥形钢丝绕制的变刚度弹簧其紧凑性好，弹簧圈内可装减其紧凑性好，弹簧圈内可装减震器、缓冲块和烛式悬架导向震器、缓冲块和烛式悬架导向柱。柱。图图22弹簧端部型式是个重要因素，汽车行驶时，弹簧端部型式是个重要因素，汽车行驶时，弹簧端部相对支承产生转动，常会产生不愉快的噪音。弹簧端部相对支承产生转动，常会产生不愉快的噪音。弹簧托盘的适当形状，可保证切成直角的弹簧端头相弹簧托盘的适当形状，可保证切成直角的弹簧端头相对支承不动，对支承不动，CC类弹簧总成本最低，弹簧端并紧并类弹簧总成本最低，弹簧端并紧并磨削成平面是比较昂贵的结构型式（磨削成平面是比较昂贵的结构型式（AA型），以型），以AA型为基准，定义它为型为基准，定义它为100%100%，对其它结构型式进行，对其它结构型式进行成本成本比较，见图比较，见图33，，44。。AA型弹簧具有制造简单的优点；型弹簧具有制造简单的优点；弹簧端面向内卷曲的结构（例如弹簧端面向内卷曲的结构（例如DD），它安装简单，），它安装简单，价格便宜，外廓长度较小，但其缺点是不能将减震器价格便宜，外廓长度较小，但其缺点是不能将减震器或缓冲块装在弹簧内部，或缓冲块装在弹簧内部，FF结构型式是个折衷方案。结构型式是个折衷方案。ABCDEFABCDEF图图33图图442.2.已知参数已知参数1)1)弹簧刚度弹簧刚度KsN/mmKsN/mm2)2)空载时空载时,,弹簧作用负荷弹簧作用负荷GoNGoN3)3)满载时满载时,,弹簧作用负荷弹簧作用负荷GmNGmN4)4)弹簧可能的中径弹簧可能的中径DommDomm5)5)满载时满载时,,车轮上跳动行程反应到弹簧上的车轮上跳动行程反应到弹簧上的挠挠度度frmmfrmm3.3.在弹簧绕制过程中在弹簧绕制过程中,,钢丝将产生变形钢丝将产生变形,,内侧产内侧产生压缩（见图生压缩（见图5A5A区），由此产生最高的扭转应区），由此产生最高的扭转应力力ττ，其大小取决于旋绕比值，其大小取决于旋绕比值ξ=Do/dξ=Do/d图图554.4.计算计算扭转应力扭转应力ττ时应考虑螺旋曲率影响的系数时应考虑螺旋曲率影响的系数δ,δ,比其比其许用扭应力值要低许用扭应力值要低,,即即::扭转应力扭转应力τ=[τ]/δτ=[τ]/δ设计弹簧时设计弹簧时,,往往将往往将ττ视为许用视为许用应力...
