螺旋彈簧的設(shè)計計算

編制： 校對： 審核： 螺旋彈簧只能承受垂直載荷，在此載荷作用下鋼絲產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。螺旋彈簧的主要尺寸是平均直徑D，鋼絲直徑d和工作圈數(shù)n。在設(shè)計汽車懸架螺旋彈簧時，先根據(jù)平順性的要求確定懸架的偏頻（懸架的剛度），再利用公式計算一側(cè)懸架的剛度C（虛擬彈簧的剛度）： C=（2n）2ms2 其中ms 是單邊簧載質(zhì)量轉(zhuǎn)換成載荷即為： Fz= msg 對于麥弗遜懸架有： Fs=pbFz Cs=C(pb)彈簧在軸向力Fs（靜載荷）的作用下的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： c=8FsDK d3 = 8FsCKd2 其中， c是工作應(yīng)力；D是簧圈平均直徑；d是彈簧鋼絲直徑；C是旋繞比，C=D/d；K是考慮剪力與與簧圈曲率影響的校正系數(shù)： K=4C+24C-3 彈簧的剛度Cs為 Cs=Fsfcs=Gd48D3n=Gd8C3n 其中fcs是彈簧的靜撓度；G是切變模量，n是彈簧的工作圈數(shù)。選好旋繞比C之后，可以從式計算出K，則由可得： d=8FsCKc D=Cd其中需用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 c=材料最大應(yīng)力/安全系數(shù)從式可以得到： Fs=Gdfcs8C3n 最大彈簧力Fsmax為： F smax=Gd(fcs+fds)8C3n 從式可得： n=Gd8C3Cs 彈簧的總?cè)?shù)一般比工作圈數(shù)n多1.52圈。彈簧受最大壓力Fsmax時，相鄰圈之間的間隙應(yīng)該保持在0.51.5mm，防止彈簧運動過程中產(chǎn)生并圈的風(fēng)險。 將帶入中得： c=GdfcsKD2n 同理，動載荷下的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 c=GdfdsKD2n螺旋彈簧的最大應(yīng)力m為： m=c+d<m在逆向設(shè)計中，彈簧的載荷和高度是已知的，需要選用相應(yīng)的材料，以及合適的彈簧鋼絲，可以通過式計算出彈簧的鋼絲直徑，根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，彈簧要求在極限行程內(nèi)，以2.5Hz的頻率運動，在40萬次之內(nèi)不允許斷裂，如果安全系數(shù)選的過小，1.1以下，那么基本上是無法保證試驗通過的。此外彈簧的疲勞壽命還受到表面硬度的影響，如果彈簧的表面硬度過高，即二次噴丸的工藝控制不夠好，會導(dǎo)致彈簧的表面微裂紋隨著運動而越來越多，最終導(dǎo)致彈簧斷裂。另外，彈簧材料也會影響彈簧的疲勞壽命，如果彈簧鋼絲內(nèi)部雜質(zhì)過多，帶狀組織過于嚴(yán)重，就會嚴(yán)重影響彈簧的疲勞壽命，這彈簧設(shè)計時也要充分考慮的。對于螺旋彈簧不僅要對個參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算，更要對彈簧的耐久性能充分考慮，因為彈簧在使用過程中如果因為耐久性能差造成斷裂，那就是致命的缺陷。