北京理工大学珠海学院2014届本科生毕业设计
'乘用车m2；?为道路附着系数，取1.0；?为主片宽度；h1为主片厚度。 ?1.25~1.3）'根据前面的计算结果以及参考类似车型的参数，选定m2?1.25，??1，b?70mm，
h1?8mm，?max?900?1000MPa，代入上式得到：
?max??G2??l2??c??l1?m2m2?G2?bh1?l1?l2??W01019?9.81?1158?11581019?9.81 （式4.20） ???1?68??1?1.25?22?2?2??1158?274470?8?710?11.5?722.5MPa1.25?由表4-1可得??max??925MPa
因为
?max?722.5MPa???max??925MPa
所以本次设计的钢板弹簧满足强度要求。
4.1.7钢板弹簧卷耳强度核算
钢板弹簧主片卷耳受力如图4-4所示。卷耳处所受应力?是由弯曲应力和(压)应力合成的应力公式(3.21)中，Fx为沿弹簧作用在卷耳中心线上的纵向力；D为卷耳内径，暂取D=50mm；b为钢板弹簧宽度；h1为主片厚度。许用应力[σ]取为350N／MPa。
图4-4 钢板弹簧主片卷耳受力图
卷耳处
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Fw?Px??max?1019?9.81?4998N23F?D?h?F?max31?maxbh1bh1 （式4.21）
3?4998??50?8?4998?370?870?8?33.18MPa?????350MPa满足要求
同时，钢板弹簧与车架通过销链接，则需要验算钢板弹簧销：钢板弹簧受静载荷时，
Fs为满载静止时钢板弹簧端部的载荷；钢板弹簧销受到的挤压应力[11]?z?Fs/bd。其中，
b为卷耳处叶片宽；d为钢板弹簧销直径。
P4998?1.58MPa???z??3MPa （式4.22） ?z?s?bd70?45满足要求。
用30钢或30钢经液体碳氮共渗处理时，弹簧销的许用挤压应??z??3~4MPa；20钢或20Cr钢经过渗碳处理或35钢经过高频淬火后，弹簧销的许用应[?z]?7~9MPa多数情况下，钢板弹簧采用55SiMnVB钢或60Si2Mn钢制造。常采取表面喷丸处理工艺和减少表面脱碳层深度的措施来提高钢板弹簧的寿命。表面喷丸处理有一般喷丸和应力喷丸两种，前者可使钢板弹簧表面的残余应力比后者小很多。
4.2麦弗逊悬架螺旋弹簧的设计 4.2.1螺旋弹簧材料的确定
由4.1.1分析可得，由于螺旋弹簧的的生产量较大，应用广泛且成本低，故选择压缩圆柱螺旋弹簧。根据汽车的工作条件，采用热扎弹簧钢60Si2MnA，加热成形，而后淬火﹑回火等处理。
4.2.2螺旋弹簧直径和刚度的确定
由前面的计算得：
前悬架刚度：Cs1?49.2N/mm2
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固有频率：n1?1.2Hz 前轴单侧静载荷：Fw1?静挠度： fc1?866?9.81?4248N 2Fw?173mm Cs1动挠度：fd?0.5?173?86.5mm
查阅机械设计手册可知螺旋弹簧的旋绕比（弹簧指数）影响着弹簧的加工工艺，当旋绕比过小时将给弹簧的制造带来困难。一般的选择范围是 C=4~8,这里初选旋绕比 C=8。
当弹簧仅承受静载荷Fw1时，因为：
??8Fw1D2K8F2KC?????MPa （式4.23） 32?d?d
且螺旋弹簧材料直径计算公式：
d?1.6Fw1KC? （式4.24）
式中：D2——弹簧中径；
?p——弹簧的许用应力，查表得?p?740MPa；
C——旋绕比，取C=8； K——曲度系数，
K?4C?10.615??1.18 （式4.25） 4C?4C所以：
d?1.6取材料直径d=12mm。 又因为：
Fw1KC??1.6?4248?1.18?8?11.7mm （式4.26）
740D2 （式4.27） d所以螺旋弹簧中径为96mm。参考机械设计手册可得弹簧中径系列尺寸，故取中径为
C?100mm。
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弹簧的有效圈数暂定为8，则螺旋弹簧的刚度为：
Gd4c?3 （式4.28） 8Dn式中：
c——螺旋弹簧刚度；
G——材料剪切弹性模量，G?7.9?104MPa； D2——螺旋弹簧中径，D2?100mm；
d——螺旋弹簧材料直径，d?12mm； 代入数据得：
Gd47.9?104?124c???25.59N/mm （式4.29）
8D3n8?1003?84.2.3螺旋弹簧其他几何参数的确定
经上文计算得到螺旋弹簧材料直径和螺旋弹簧的刚度，查询弹簧设计手册，代入数据计算后得到麦弗逊悬架螺旋弹簧的详细参数如表4-3所示。 表4-3 螺旋弹簧各尺寸
参数名 弹簧外径： 弹簧内径： 总圈数： 节距： 自由高度： 压拼高度： 螺旋导角：
参数值
D?D2?d?100?12?112mm D1?D2?d?100?12?88mm
n1?n?2?10圈
t??0.28~0.5?D?0.32?100?32mm
H0?nt??n2?0.5?d?32?8?1.5?12?274mm
Hb?(n1?0.5)d=(10-0.5) ?12=114mm
??arctant?6.0? ?D2展开长度：
L??Dn13.14?100?12??3634mm cos?cos629
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4.2.4螺旋弹簧稳定性校核
压缩螺旋弹簧轴向变形较大时，会产生侧向弯曲而失去稳定性，特别是弹簧自由高 度超过弹簧中径的4倍时，更容易产生这种现象，因而设计时要进行稳定性计算。 高径比：
H0274??2.74?4 (4.30) D100在4倍范围内故稳定性符合要求。
b?4.2.5螺旋弹簧扭转应力的校核
螺旋弹簧的静挠度：
8FwD3n (4.31) fcs?4Gd式中D为螺旋弹簧的平均直径，d为钢丝直径。 所以：
8FW1D3n8?4248?1003?8??146mm (4.32) fcs?Gd47.9?104?124则螺旋弹簧的动挠度为：
fds?0.5fcs?73mm (4.33)
故有
8FW1DfcsdG146?12?79000???550.9MPa (4.34) 322?d?Dn3.14?100?8同理，动载荷下的扭转应力为：
8FDfdG73?12?79000?d?W13?ds2??275.5MPa (4.35) ?d?Dn3.14?1002?8 ?c?查阅汽车设计式8-48可得，最大许用扭转应力为?m??c??d?[?m]。最大许用扭转应力????800~1000MPa，根据以上计算结果，得：
?m??c??d?550.9?275.5?825.5MPa?????800~1000MPa (4.36)
综上，螺旋弹簧符合扭转应力符合要求。
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