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南昌航空大学科技学院学士学位论文
5.2摩托车减震器主要零件的结构设计
5.2.1弹簧的结构尺寸设计计算
在根据普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列（摘自GB/T1385—1993）（部分）
表5-3 第一系列 弹簧丝直径d/mm 第二系列 0.45 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.6 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0.32 0.55 0.65 1.4 1.8 2.2 2.8 3.2 5.5 6.5 7 9 8 8.5 9 9.5 10 12 14 16 弹簧中径D/mm 18 20 22 25 28 30 32 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 10 有效圈数n/圈 压缩弹簧 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15 16 18 20 22 25 28 30 150 160 170 180 190 200 220 自由高度H0/mm 压缩弹簧 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 450 480 500 520 550 580 600 由于弹簧内径D1=弹簧中径D-簧丝直径d，通过参考同类摩托车型和实地考察 ，及参照上表5-1和表5-5，确定了以下弹簧结构参数，如表5-4所示
表5-4
弹簧直径d(mm) 有效圈数n 弹簧中径（密圈）D(mm) 3.5 76 18 其中有效圈数76圈包括：密圈nm=40圈、节距tm=5mm； 稀圈nx=36圈、节距tx=8mm。
（1）弹簧自由长度的计算：
参照摩托车技术第2004/05期中弹簧的计算及根据机械设计手册·单行本·弹簧（简称手册，后同）的第19页表7-2-14中介绍的计算公式：当压缩弹簧两端圈磨平并紧，且支承圈为1圈时：
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总圈数n1= n+2=76+2=78
自由高度 H0= nm tm+ nx tx+1.5d (5-4) =40×5+36×8+1.5×3.5≈493mm 压并高度Hb=（n+1.5）d=（76+1.5）×3.5≈271mm （2）螺旋伸角?：?=arctan(t/?D) （5-5）
??mx=arctan(5/3.14×18)=5.06° =arctan(8/3.14×18)=8.06°
（3）簧丝长度L： 圆柱螺旋弹簧L=?Dn/(cos?) (5-6) L=Lm+Lx
Lm=3.14×18×40/（cos5.05）≈2521.8mm Lx=3.14×20×36/ (cos8.06)≈2283.4mm 所以L= Lm+ Lx≈4805.2mm
（4）计算弹簧刚度：k=Gd4/(8nD3) (5-7) 式中：k为锥圈刚度（N/mm）、d为簧丝直径(mm)、n为工作圈数、D为弹簧中径(mm)、G为弹簧材料的剪切弹性模数，取78400MPa。
km=78400×3.54/(8×40×183)=6.3040N/mm 1/ km=0.1586
kx=78400×3.54/(8×36×203)=7.0045N/mm 1/ kx=0.1428
弹簧的总刚度（合成刚度）1/k1 = 1/ km+1/ kx=0.3014 (5-8) k1 ≈3.3 N/mm 密圈压并后，余下的刚度就是稀圈的刚度 K2= kx≈7 N/mm 密圈压并时的最大变形量
f m。max=（tm-d）nm=(5-3.5)×40=60mm (5-9)
按照弹簧受力变形公式: F=kf (5-10) 则： F3= km f m。max=6.3040×60=378.24 N
此力使稀圈被压缩长度= F3/ kx≈54 mm (5-11) 拐点变形长度： f3 = 密圈最大变形量+稀圈在该力的变形量 = 60+54=114mm 工作图见图5-1，其绘制过程如下：
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1.预压长度H1≈460 mm，如果没有实物参照，通常取某一规定范围值或由自己设计的预压长来决定。
F1=k1 (H0-H1)=3.3×(493-460)≈109 N (5-12)
2.弹簧在拐点处的压缩高度：
H3= H0- f3=493-114=379mm，F3≈378 N (5-13) 3.弹簧压缩到极限的长度 H5=340mm；
F5=378+7×（379-340）=651N
弹簧的极限长度是弹簧的预压长度减去活塞杆最大行程值，根据活塞长度、阻尼筒长度及减震垫计算得出。
4.F2、F4的力值及弹簧压缩长度分别取F1～F3和F～F3及其相应长度的中间值。
F5=F3+ K2（H3- H5） (5-14)
图 5-1弹簧工作特性图
5.校核压并长
减震弹簧全压并长度：Hb=dn+1.5d≈271 mm；它距离弹簧压缩极限长度(340mm)还有69mm，应该没问题。
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6．校核扭应力（ζ）
ζ=8 F5KC/（?d2） MPa (5-15) 式中： C为旋绕比，C=D／d=18／3.5 =5.1； (5-16)
K为曲度因子，K=(4C一1)／(4C一4)+0．615／C (5-17)
=1.16+0.11≈1.2968
ζ=8×651×1.2968×5.1／(3．14×3.52 )=890 MPa
许用扭应力ζ通常在800 MPa左右（ζ=0.5σb），它随材料、簧丝直径和弹簧中径的不同而异。此处虽然超出，但因减震器不常在极限状态下工作，故可以使用。
5.2.2减震弹簧按实际工作状态绘图的优点
1)可对该支弹簧工作状态一目了然。如预压力多大、行程多长、最大压缩力膨大(影响扭应力和永久变形)、刚度k，、 多大及离拐点位置和离压并长还有多远等。
2)可对配套厂的信息(如弹簧硬了、软了、承载力不足等)迅速改进，以满足用户要求。
3)绘图多了，可对踏板、弯梁或骑式车的上述各值有一个由小到大变动的概念，各系列车有一定范围，不管是测绘还是设计都能做到心中有数。
5.2.3减震器减震杆（活塞+活塞杆）
前减震器减震杆一般将活塞和杆分成两个零件加工然后在经铆接成为一个整体，
目前要求活塞和杆制成整体。如图5-2所示：
图5-2 前减震器减震杆
其中活塞杆主要承受来至活塞和接头的压缩和拉伸载荷，必须具有足够的强度。 减震器活塞杆直径d=（0.40～0.55）D，常用6～12mm。直径过小抗压（拉）强度较低，则影响减震器的横向刚度。
活塞杆采用35#、40#、45#、40Cr等冷拉圆钢制成，硬度为HRC18～35表面镀铬，镀铬层硬度为HRC30～55。前叉可用45#钢，调质及表面处理。
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