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一种收口螺旋弹簧设计方法
杨平辉,何云峰,何志兵
1.卡尔蔡司(上海)管理有限公司,上海200131;2.上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007
3.襄阳汽车轴承股份有限公司,湖北襄阳441022)
摘要:以一种收口螺旋弹簧为研究对象,探讨了分段法在该类螺旋弹簧设计中的应用。该法结合圆柱螺旋弹簧、锥形螺旋弹
簧传统设计的理论和方法,利用分段法计算收口螺旋弹簧的刚度与强度,克服了采用传统弹簧理论设计收口螺旋弹簧在强度方面
的局限性,并与有限元计算的刚度与强度进行对比,解决了实验测试带来的周期长、费用高等缺点。同时提出了一种理论和CAE
仿真相结合的设计方法,为今后改善新车型后螺旋弹簧的设计提供了参考。
关键词:收口螺旋弹簧;有限元方法;刚度;强度
Research on Design Method of One Kind of Shut Coil Spring
YANG Pinghui, HE Yunfeng, HE Zhibing
(1. Carl Zeiss Shanghai Co, Ltd, Shanghai 200131, China: 2. SAIC GM Wuling Automobile Co, Ltd
Liuzhou Guangxi 545007, China; 3. Xiangyang Automobile Bearing Co, Ltd, iangyang Hubei 441022, China)
Abstract: By taking the shut coil spring as the researeh object, the application of segmentation method in design of the kind of coil spring
was discussed. By merging the Iraditional theory and design methods for cylindrical coil spring and taper coil spring, the segmentation method
was used to calculate the stiffness and strength of the shut coil spring. The limitation in strength of the shut coil spring designed by traditional
theoretic design was overcome. The calculated stiffness and strength were compared with the finite element analysis results, The shorteomings of
long term and expensive in doing the experiment were solved. At the same time, the design method of emerging theory and CAE simulation was
proposed, which provides reference for innovation design of coil spring of new automobile
Keywords: Shut coil spring: Finite element method; Stiffness; Strength
0前言
力与实际值存在一定差异,可能导致对设计做出误判。为了进
悬架弹簧是汽车底盘的关键零件之一,它直接关系到汽车
步提高两端收口弹簧的计算精度,结合相关的有限元分析软
行驶的安全性和舒适性,不仅能储存和吸收能量,而且能件,能够较好地解决这个问题。
缓和冲击、减小振动,使汽车获得良好的行驶平顺性,提高乘
文中结合两端收口弹簧的结构形式,对两端收口螺旋弹簧
坐的舒适性。近年来,随着人们对汽车舒适性的要求越来越的刚度与剪切应力进行分析,在考虑弹簧的接触非线性和几何
高,在许多汽车悬架上都采用了圆柱螺旋弹簧作为弹性元
大变形情况下建立了该螺旋弹簧的有限元计算模型,对弹簧的
件。与其他弹性元件相比,它具有结构简单、制造方便、成
刚度与剪切应力和并圈问题做进一步验证,为新车型的后螺旋
本低、工作可靠等优势,被得到广泛的应用。两端收口圆柱螺
弹簧的设计指明了方向。
旋弹簧以标准圆柱螺簧为基础,支承圈中径收小,中间采用过
渡圈与有效圈进行连接,因支承圈中径变小,减小了弾簧座的1两端收口圆柱螺旋弹簧的理论计算
尺寸及螺簧自身质量。传统的理论设计是在有效圏等中径螺旋1.1两端收口圆柱螺旋弹簧的刚度计算
弹簧下建立的,将过渡圏当做有效圈简化等效处理。采用此方
由于该圆柱螺旋弹簧两端采用收口结构,弹簧的刚度是由
法来设计两端收口螺旋弹簧,必然造成理论计算结果的误差,上下过渡圈和有效圈串联的刚度决定,有效圈的刚度计算公
在实际计算中常用分段法来分析弹簧的刚度与应力问题。分段式如下式(1):
法是建立在传统理论的设计方法上,结合两端收口弹簧的结构
形式,对传统的设计做了相应的改变,将弹簧看作好几段弹簧
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串联,相当于直列式组合弹簧,分别计算各段弹簧的刚度值,式中:G为切变模量,微车悬挂采用油淬火回火簧丝,且d>4,
然后进行合成。不管是传统理论,还是分段法本身都做了大量取G=78700MPa;D为螺簧中径(mm);n为螺簧有效圈数;
简化,忽略了螺旋角和端部形状的影响,计算得到的刚度、应d为簧丝直径(mm)
收稿日期:2015-03-09
作者简介:杨平辉(1985-)、男,硕士,主要从事机械CAD/CAE/CAM、测量技术的研究与应用。E-mail:yphdonghua163.com
2015.5 Automobile Parts
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研究与开发