非线性螺旋弹簧设计及计算程序(2)

变化，这种变化是由加载载荷的大小确定的，因此，

万方数据

制品

第３９卷

弹簧刚度计算模块的输人参数是施加的载荷。弹簧刚度计算模块的逻辑框图如图４所示。

ｌ初始化ｌ

＼、芝筹一

．／百朱否

取两端直径

Ｉ计算最大线径ＩＩ选择弹簧类型ｌｌ选择材料等径或变径ｌ

Ｉ计算压并载荷Ｉ

气～｛竺＝／

＜◇否

．—‘≤》县一

一●古

ｌ是

计算弹簧刚度

调整直径，有效圈数，线径

●

Ｉ

计算弹簧剪应力

‘

Ｉ

返回

ｌ

图４弹簧剐度计算模块逻辑框图

Ｆｉｇ．４

Ｔｈｅｌｏｇｉｃｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｓｐｒｉｎｇ

ｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

４应用实例

有一汽车悬架弹簧，已知安装尺寸上端内径

Ｄｏ＝８０ｍｍ，下端内径Ｄ，＝１３６ｍｍ，安装高度ＨＢ＝

３４０ｒｆｌｍ，安装载荷Ｐ。＝４

９２０

Ｎ，最大压缩高度Ｈ２＝２０５

ＩＴｌｍ，最小压缩高度Ｈ。＝４４５ｍｍ，弹簧刚度Ｒ。＝

３３．０Ｎ／ｍｍ，Ｒ：＝４９．０

Ｎ／ｍｍ，要求在见高度时弹

簧刚度为月：，弹簧最大剪切应力不大于１１００ＭＰａ。

弹簧的几何形状如图５所示。

图５采用软件设计的悬架弹簧形状

Ｆｉｇ．５

Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｐｒｉｎｇｓｈａｐｅｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｓｏｆｔｗａｒｅ

根据系统匹配，上端小圈为２圈，然后过渡到主

第４期

孙君钧：非线性螺旋弹簧设计及计算程序

表１

通过软件计算的弹簧圈数及形状

Ｓｐｒｉｎｇｃｏｉｌｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｈａｐｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｓｏｆｔｗａｒｅ

３１

体直径，下端材料选择变径材料。

通过软件计算，确定弹簧的总圈数ｎ。＝８．４８，有效工作圈数ｎ＝７．１３，材料直径选用ｄ＝１６．８ｍｍ，最细的材料直径ｄ，＝１２ｍｍ。通过软件计算的弹簧圈数及形状见表１。通过计算获得弹簧的基本参数见表２。通过计算获得的不同高度时弹簧的性能参数见表３。

Ｔａｂｌｅ１

表２通过软件计算的弹簧基本参数

Ｔａｂｌｅ２

Ｓｐｒｉｎｇｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｓｏｆｔｗａｒｅ

自由长度／ｍｍ

４７２．９

材料长度／ｍｍ

３６８８．１

变径材料长度／ｍｍ

９７０

质量／ｋｇ

５．９３

旋绕比ｃ

５．７６—１２．３３

高径比

３．０９

平均应力

节距比

０．４５８

应力幅

ｒ。／ＭＰａ５１２．４

螺旋升角／（ｏ）

８．３

循环特征

ｒ。／Ｍｒａ

０．０５

５８６．２

疲劳损伤系数

ＰＳＷＴ／ＭＰａ

７５０．３

弹簧压并高度ＨＢ／ｍｍ

压并载荷

ＦＢ／ｍｍ

压并变形量

ＰＢ／Ｎ

压并应力

ｒＢ／ＭＰａ

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏ瑚ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ

ａｎｄＨｅａｔ

Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，２０１２，３３

５结论

（６）：１２７—１３５．

非线性弹簧设计的计算软件为弹簧设计工程师提供了快速、准确的非线性螺旋弹簧设计和验证的工具，解决了非线性复杂螺旋弹簧的设计难题。

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

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ｏｆ

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ＷＡＮＧＲａｎ—ｚｈｉ，ＪＩＡＮＧＣｈｕａｎ－ｈａｉ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ

ｏｎ

作者简介

孙君钧１９６２年生，高级工程师。上海中国弹簧制造有限

公司技术中心高级设计师。

ｅａｒｌｙ

ｆａｔｉｇｕｅｆｒａｃｔｕｒｅｆｏｒａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｐｒｉｎｇｓ［Ｊ］．

万方数据

非线性螺旋弹簧设计及计算程序

作者：

作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

孙君钧， SUN Jun-jun

上海中国弹簧制造有限公司,上海,201901金属制品

Steel Wire Products2013,39(4)

本文链接：/Periodical_jszp201304008.aspx