设计载货汽车的纵置刚板弹簧

1、第 1 页 共 8 页目录一、 课程设计任务书 3 、课程设计的性质、 目的、题目和任务 3 、课程设计的内容及工作量3 二、设计计算说明书4 、确定其宽度 b 的计算 4 、 确定各片钢板长度 5 、钢板弹簧刚度验算6 、总成自由状态下的弧高 6 、钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定7 、各片弹簧的弧高 8 、 钢板弹簧总成弧高的核算 8 、钢板弹簧卷耳内径的确定 9 三、设计总结 9四、设计参考资料 9第 2 页 共 8 页一、课程设计任务书、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

2、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1 19200n 9.2cm 116cm 6cm 110cm 材料选用 60si2mna ,弹性模量取 e=2.1105mpa 3、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。、课程设计的内容及工

3、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 a2 第 3 页 共 8 页二、设计计算说明书一、钢板弹簧片数取为10，确定其宽度 b 的计算：、确定其宽度 b 的计算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0j 。对于对称钢板弹簧：eckslj48)30（式中，s 为

4、 u形螺栓中心距（ mm ） ；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） ；c 为钢板弹簧垂直刚度 （n/mm ） ，/wccff ；为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数1n ，再估计一个总片数0n , 求得01nn，然后用）（5.0104.15 .1初定） e为材料的弹性模量。其中，105.0104. 15. 11n（，取11n，则092.15.1，将其代入：4533093.37852)108.100(92192001100)48/(mmecljc) 4/(0wcwlfw=33 .11733)4504/(110019200mmm

5、pammn；初取mmmmmmwjhp64.63 .1173393.378522/23400，取 b=8ph =53.12mm. 根据1230nbhj得：mmnbjh49. 912.531093.378521212330；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/ph 在 610范围内选取。查表确定 b 和 h 的值，使其符合国产型材规格尺寸，又因为mnasi260的厚度一第 4 页 共 8 页般

6、不超过 9.5mm ，故取 b=60mm , h=9mm 。钢板弹簧图如下：零件图（左） ，装配图（右）、 确定各片钢板长度钢板弹簧长度 l是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离, 在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。在下列范围内选用钢板弹簧的长度：轿车： l=（0.400.55 ）轴距；货车: 前悬架： l=（0.260.35 ）轴距；后悬架： l=（0.350.45 ）轴距。应尽可能将钢板弹簧取长些, 原因如下：1, 增加钢板弹簧长度l 能显著降低弹簧应力， 提高使用寿命降低弹簧刚度，改善汽车平顺性。2, 在垂直刚度 c 给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。3, 刚板弹

7、簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。4, 增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形。本设计中 l=1100mm 设主簧片长为1l ，按钢板叠放顺序他们的长度依次1l 、2l 、3l 10l，则由于1l =2l ，且各簧片等厚，其长度成等差数列，即ailli)2(2，10,0i。其中asl10，将mmlmms1160,602代 入 得mma91100，mml9164010， 则 各 板 长 度 为 ：mml9115401、2l =1160mm 、3l =mm99340、4l =mm98240、5l =mm97140、6l =mm96

8、040、第 5 页 共 8 页7l =mm94940、8l =mm93840、9l =mm92740、10l=mm91640。、钢板弹簧刚度验算在此之前，有关挠度增大系数、总惯性矩j。 、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。刚度验算公式为 )(61131nkkkkyyaec，其中9.0,1),(211111kiikkkjylla；其中，56)5634()8()3423()7()23712()6()7122()5()2512()4(

9、)5123()3()34()2()46(81)(33333333331131xaaaaaaaabhyyakknkk装配刚度时 x=9a，代入数据可求得装配刚度c=209mmn /mmn /9219200; 检验刚度时 x=1l , 代入数据可求得检验刚度c=201mmn /. 、总成自由状态下的弧高图 4.3 (1) 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高0h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 4.3 ） ，称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高0h用下式计算：第 6 页 共 8 页0cahfff式中，cf 为静挠度；af 为满

10、载弧高；f为钢板弹簧总成用u形螺栓夹紧后引起的弧高变化 . 232acslsfffl,s 为 u形螺栓中心距； l 为钢板弹簧主片长度。202)(3(lffslsfffffhacacac , 取mmfa20，将mmlmmsmmfc1160,60,92代入求得0h120.5mm; 钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径)8(020hlr=1395.85mm. 然后由0208rlhii求出各钢板在装配总成中的弧高，其值如下：mmh2 .14701、mmh5.12002、mmh4.9603、mmh1 .7504、mmh4.5305、mmh3 .4006、mmh0 .2707、mmh3.1608、mmh5

11、.1509、mmh9. 2010。、钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定：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ir 。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00012/iiirrreh式中，ir 为第 i 片弹簧自由状态下的曲率半径（mm ） ；0r 为钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径（mm ） ；0i为各片弹簧的预应力（2/nmm） ；e 为材料弹性模量（2/nmm） ，取123541rrrmm；ih

12、为第 i 片的弹簧厚度（ mm ） 。取主片的预应力mpa8001，最短片的预应力为mpa40010，由于是矩形叶片，且其厚度相等，故由式0.222022101kkhhh得0.0100201，按01001依次增大的规律，分配各预应力如下：mpa8001、mpa5002、第 7 页 共 8 页mpa3003、mpa004、mpa1005、mpa2006、mpa2507、mpa3008、mpa3509、mpa40010。又由 )(21 000iiiehrrr（*） 求得各片自由状态下的曲率如下：mmr15831、mmr15072、mmr14613、mmr13964、mmr13755、mmr1356

13、6、mmr13467、mmr13378、mmr13279、mmr131810。、各片弹簧的弧高)8(2iiirlh，将各数据代入求得弧高为：mmh1291、mmh1122、mmh923、mmh754、mmh575、mmh426、mmh287、mmh178、mmh99、mmh310。、钢板弹簧总成弧高的核算：由于钢板弹簧叶片在自由状态下的曲率半径ri 是经选取预应力 oi 后用式（ *）计算，受其影响，装配后钢板弹簧总成的弧高与用式r。=l2 8ho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r

14、。为niniiiilrlr111=659001346494013466040137571401396824014619340150710440158311540+ 65900131816401327274013373840659008 .46从而解出 r085.13951408rmmmm; 0225.1205 .119140881160)8(hrlh. 、钢板弹簧卷耳内径的确定：取路面附着系数8.0，则xf 的最大值为nnf0, 取许用第 8 页 共 8 页应力mpa350，则bhfbhhdfxx)/()(32。将mmbmmhnfx60,9,15360代入上式求得mm

15、d49.22。三、设计总结根据以上计算结果，钢板弹簧各项参数如下表：参数钢板序号长度il（mm ）宽度ib（mm ）厚度ih（mm ）预应力i0（mpa ）自由曲率ir（mm ）自由弧高ih（mm ）总成曲率0r（mm ）总成弧高ih0（mm ）1 号11540/9 60 9 -80 1583 129 1395.85 147.2 2 号1160 -50 1507 112 120.5 3 号9340/9 -30 1461 92 96.4 4 号8240/9 0 1396 75 75.1 5 号7140/9 10 1375 57 53.4 6 号6040/9 20 1356 42 40.3 7 号4940/9 25 1346 28 27.0 8 号3840/9 30 1337 17 16.3 9 号2740/9