汽车设计_宋建坤

1、 机电工程学院课程设计 题 目： 汽车钢板弹簧 专 业： 车辆工程 年 级： 2012级 学 号： 2012311144 姓 名： 许建国 指导教师： 韩继光 日 期： 2015年7月 云南农业大学机电工程学院目 录1、课程设计任务书11.1课程设计的性质、目的、题目和任务11.2课程设计的内容及工作量12、钢板弹簧结构设计22.1.钢板断面宽度b的确定22.2钢板弹簧片厚h的选择32.3钢板断面形状32.4叶片的端部结构32.5钢板弹簧片数n42.6钢板弹簧端部的支承型式42.7吊耳及钢板弹簧销的结构43、确定各片钢板长度44、钢板弹簧刚度验算55、钢板弹簧曲率半径55.1钢板弹簧总成曲率半

2、径55.2各片弹簧的曲率半径66、钢板弹簧弧高计算76.1钢板弹簧总成弧高76.2各片弹簧自由弧高76.3各片弹簧总成弧高77、 钢板弹簧总成弧高的核算88、 钢板弹簧卷耳内径的确定89、 设计总结1010、参考资料1011、设计图纸101、课程设计任务书1.1课程设计的性质、目的、题目和任务本课程设计是学生在完成基础课、技术基础课和大部分专业课学习后的一个教学环节，是培养学生应用已学到的理论知识来解决实际工程问题的一次训练，并为毕业设计奠定基础。1、课程设计的目的是：（1）进一步熟悉汽车设计理论教学内容；（2）培养学生理论联系实际的能力；（3）训练学生综合运用知识的能力以及分析问题、解决问题

3、的能力。2、设计题目:设计载货汽车的纵置钢板弹簧(1) 纵置钢板弹簧的已知参数序号弹簧满载载荷静挠度伸直长度U型螺栓中心距有效长度分组名单418800N9.0cm114cm6cm108cm第四组材料选用60Si2MnA ,弹性模量取E=2.1105MPa3、课程设计的任务：（1）由已知参数确定汽车悬架的其他主要参数；（2）计算悬架总成中主要零件的参数；（3）绘制悬架总成装配图。1.2课程设计的内容及工作量根据所学过的机械零件设计、汽车构造、汽车理论、汽车设计以及金属力学性能等课程，完成下述涉及内容： 1学习汽车悬架设计的基本内容2选择、确定汽车车悬架的主要参数3确定汽车悬架的结构4计算悬架总成

4、中主要零件的参数5撰写设计说明书6绘制悬架总成装配图、零部件图共计1张A22、钢板弹簧结构设计2.1.钢板断面宽度b的确定初定主簧片数、总片数（主片一般选取13片，总片数一般选取614片）有关钢板弹簧 的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增大系数加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩。对于对称钢板弹簧：1）s为U形螺栓中心距（mm），s=60mm2)k为考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（如刚性夹紧，取k=0.5，挠性夹紧，取k=0）；3)c为钢板弹簧垂直刚度（N/mm），；=（满载轴荷非簧载重量）/2 （N） 满载轴荷：18800N 非

5、簧载：mg=360x9.8=3528N 满载静挠度取 mm 刚度84.84 4) 为挠度增大系数,系数，5) E为材料的弹性模量，E=2.1x(N/).求得13348.3810.71=；初取，取b=8= 46.56mm.片宽b对汽车性能的影响：1.增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。 2.前悬架用宽的弹簧片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，又得增加片数，从而增加片间的摩擦弹簧的总厚 3.推荐片宽与片厚的比值b/在610范围内选取。本设计中取b=50mm2.2钢板弹簧片厚h的选择根据得：查表确定b和h的值，使其符合国产型材规格尺寸，根据矩形截面尺寸系列

6、规范得选取2.3钢板断面形状 钢板断面形状矩形断面结构简单，制造容易，变截面少片钢板弹簧多采用矩形断面结构。2.4叶片的端部结构叶片的端部可以按其形状和加工方式分为矩形（片端切角）、椭圆形（片端压延）和片端压延切断四种。其中矩形为制造成本最低的一种（由于对片端部作任何加工）。本设计中采用矩形端部结构。2.5钢板弹簧片数n 片数n少些有利于制造和装配，并可以降低片间的干摩擦，改善汽车行驶平顺性。但片数少了将使钢板弹簧与等强度梁的差别增大，材料利用率变坏。多片钢板弹簧一般片数在614片之间选取，重型货车可达20片。取n=122.6钢板弹簧端部的支承型式 以板簧端部的支承型式而言，可以大致分为卷耳和

7、滑板两大类。滑板型式多见于两极式主副簧悬架中副簧的支承和平衡悬架中板簧的支承。卷耳根据其相对板簧上平面的位置可以分为上卷耳、平卷耳和下卷耳三类。本设计中采用上卷耳。2.7吊耳及钢板弹簧销的结构 大多数板簧的支承方式为一端采用固定的卷耳，另一端采用摆动的吊耳。摆动吊耳的结构可以用C形、叉形以及分体式等。弹簧销的支承、润滑可用螺纹式、自润滑式、滑动轴承、橡胶支承或者将板簧支承在橡胶座内。自润滑式多用于轿车及轻型载货汽车，具有不必加润滑脂及噪声小的优点。本设计中采用自润滑式弹簧销结构。3、确定各片钢板长度钢板弹簧长度是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离,本设计中 = 1140mm 设主簧片长为，按钢板

8、叠放顺序他们的长度依次、，则由于=，且各簧片等厚，其长度成等差数列，即，。其中，将代入得，则各板长度为：=1140mm、=1140mm、=、=、=、 =、=、=、=、=、=、=4、钢板弹簧刚度验算在此之前，有关挠度增大系数，惯性矩、片长和叶片端部形状等的确定都不够准确，所以有必要验算刚度。用共同曲率法计算刚度的前提是，假定同一截面上各片曲率变化值相同，各片所承受的弯矩正比于其惯性矩，同时该截面上各片的弯矩和等于外力所引起的弯矩。刚度验算公式其中，装配刚度时X=9a，代入数据可求得装配刚度c208.88;检验刚度时X=,代入数据可求得检验刚度c=192.5、钢板弹簧曲率半径5.1钢板弹簧总成曲率

9、半径 钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径=1370.53mm.5.2各片弹簧的曲率半径因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同，装配后各片产生预应力，其值确定了自由状态下的曲率半径。各片自由状态下做成不同曲率半径的目的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧，减少主片工作应力，使各片寿命接近。矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率半径由下式确定1) 为钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径（mm）,=1370.53mm2) 为各片弹簧的预应力（）取主片的预应力，最短片的预应力为，由于是矩形叶片，且其厚度相等，故由式得，按依次增大的规律，分配各预应力如下：、；3) E为材料弹性模量（），取E=

10、2.1x(N/).；4) 为第i片的弹簧厚度（mm），均取平均值7mm。求得各片自由状态下的曲率如下：、。6、钢板弹簧弧高计算6.1钢板弹簧总成弧高钢板弹簧各片装配后，在预压缩和U形螺栓夹紧前，其主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差（如图），称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高用下式计算：式中，为静挠度；为满载弧高；为钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的弧高变化. ,s为U形螺栓中心距；L为钢板弹簧主片长度，取 ，代入求得118.53mm;6.2各片弹簧自由弧高由公式计算各片弹簧自由弧高，将各数据代入求得为：、。6.3各片弹簧总成弧高由公式计算各片弹簧总成弧高，将各数据代入求得为

11、：、。7、 钢板弹簧总成弧高的核算 由于钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径是经选取预应力后用式 计算，受其影响，装配后钢板弹簧总成自由状态下的弧高与用计算的结果会不同。因此，需要核算钢板弹簧总成的弧高。根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小状态，由此可求得等厚叶片弹簧的为式中，为钢板弹簧低片的长度。带入求得：，所以钢板弹簧总成的弧高为mm所以，设计的钢板弹簧总成弧高设计合理。8、 钢板弹簧卷耳内径的确定 卷耳处所受应力是由弯曲应力和拉（压）应力合成的应力，即式中，为沿弹簧纵向作用在卷耳中心线的力；D为卷耳内径；b为钢板弹簧的宽度；为主片厚度。 取许用应力为350MPa，

12、地面附着系数，则解出:9、 设计总结根据以上计算，钢板弹簧各项参数如下表：参数钢板序号长度（mm）宽度（mm）厚度（mm）预应力（MPa）自由曲率（mm）自由弧高（mm）总成曲率（mm）总成弧高（mm）1号1140507-801610100.91388.23118.53 2号1140-501511107.5118.53 3号1020-30145089.6894.89 4号9000137073.973.875号 78010135656.0855.48 6号66020133040.9339.72 7号54025131727.6726.59 8号420301299 16.9716.08 9号3003512868.748.2010号1804012763.1