燕山大学车辆工程车程钢板弹簧设计说明书

1、 燕山大学课程设计说明书燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目：BJ1036G4后悬架设计学院（系）： 车辆与能源学院 年级专业： 10车辆工程三班 学 号： 1001130300* 学生姓名： 车三 指导教师： 唐先志 梁老师 教师职称： 教 授 燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日目 录一、题目1北汽BJ1036G4后悬架设计1二、设计任务1三、设计要求1四、参数选择及计算方法21选择悬架主要参数：nc 、fc、Cs、.n0、f0 等。22.确定板簧总长L，满载静止弧高H

2、a，上、下跳动挠度fd下、fd上。33选择板簧片数及断面参数34.板簧的应力校核45.各片长度的确定56.板簧的刚度验算57.各片应力计算88.预应力及其选择99. 板簧总成自由状态下的弧高及曲率半径计算1010. 各片在自由状态下的曲率半径及弧高计算1111. 板簧的动应力和最大应力14五、参考文献15 一、题目北汽BJ1036G4后悬架设计二、设计任务1.确定悬架的主要参数，包括载荷、静挠度、动挠度、静弧高、 偏频、刚度等；2.确定钢板弹簧的主要参数，如片数、断面参数、各片长度等；3.计算弹簧的刚度（总成刚度和装配刚度）；4.计算板簧满载静止时的应力；5.计算板簧的最大应力和各种极限工况下

3、的应力；6.计算板簧总成弧高和曲率半径；7.计算板簧各片弧高和曲率半径；8.绘出悬架的总成装配图；9.绘出主片和至少一片非主片的零件图。三、设计要求1.选择一种悬架作为设计对象（前或后悬架）； 2.尽可能考虑与原车零件的通用性；3.所选用的材料（热轧扁弹簧刚）必须符合国标GB1222-84，并尽量用优选系列； 簧片的热处理也按照标准中的要求进行。4.设计的钢板弹簧要符合国标QCn 29035-1991汽车钢板弹簧 技术条件；喷丸处理按照QC/T 274-1999 汽车钢板弹簧喷丸处理规程进行。5.选用筒式减震器要符合国标QC/T 491-1999 汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件要求。6.选用

4、U形螺栓符合国标QC/T 517-1999 汽车钢板弹簧用U形螺栓螺母技术条件要求。7.使用标准件按照机械设计手册上的选取。四、参数选择及计算方法1选择悬架主要参数：nc 、fc、Cs、.n0、f0 等。（1）满载偏频nc偏频为评判整车平顺性能的一个重要参数，不同用途的汽车，对平顺性要求亦不相同。货车满载时，后悬架满载偏频要求在1.702.17Hz,对于此次设计的货车后悬架nc，对于平顺性的要求比较低，暂取nc =2.1Hz。 （2）满载静挠度fc 悬架的静挠度fc是指汽车满载静止是悬架上的载荷Fw与此事悬架刚度之比。悬架的静挠度fc直接影响车身振动的偏频nc fc = 25 0/ nc

5、78;=250/2.12 =77.16 (mm)(3)板簧线刚度Cs悬架的线刚度指的是车轮保持在地面上而车厢做垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹簧恢复力。悬架静载荷是车辆水平静置时单个悬架承受的垂直载荷，又叫悬挂质量，或簧上质量。用满载总质量与悬架的簧上质量做差，得到簧下质量，然后用它算出整备质量的簧上质量。满载时后悬架静载荷Q=（3000×9.8×0.65×0.8）/2=7644NCs = Q / fc=77.16N/mm （4）空载时的偏频n0 及挠度f0 空载时后悬架静载荷Q0=1741×9.8×0.5×0.5-1

6、911=2354N 空载挠度f0 = Q0 / Cs=23.72mm 空载偏频n0 = 5/=5/=3.78Hz 2.确定板簧总长L，满载静止弧高Ha，上、下跳动挠度fd下、fd上。 (1)板簧总度 板簧的长度为弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。a）增加钢板弹簧的长度能明显降低弹簧应力，提高使用寿命；b）板簧长度增加能降低弹簧刚度，改善汽车行驶的平顺性；c）在垂直刚度给定的条件下，板簧长度增加又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。d）在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。货车后悬架L=(0.350.45)轴距即L=(0.350.45)*3200=11201440mm 选取L=1280mm

7、满载静止弧高Ha 满载静止弧高 是装配到汽车上之后的板簧弧高，一般后悬架为Haf=1020mm，考虑到钢板弹簧安装好后有足够的上跳动挠度，将满载静止弧高取15mm。 、上、下跳动挠度fd上、fd下上跳动挠度一般取为(0.71.0) fc，过大则板簧的最大应力增大，过小则容易碰撞限位块。即取fd上=0.8*fc略小于。 3选择板簧片数及断面参数板簧片数初选总片数n和主片数n1，建议后簧取n = 1014，n1 =2或3。综合考虑汽车的行驶平顺性与静载荷，将板簧总片数定为13，主片n1定为3断面宽度与高度在研究钢板弹簧时，常将其抽象成简支梁。因此可利用简支梁的挠度公式计算板簧的总惯性矩J mm4.

8、(4) ：挠度系数， S：骑马螺栓距离；K：非工作长度系数，表征骑马螺栓的夹紧程度；K= 0.5为刚性夹紧，K = 0 为挠性夹紧；查国标GB122284选取簧片的断面参数，即宽度b，厚度h，若为矩形截面，则惯性矩为： mm4.(5) 若选用双槽钢，材料手册上都给出了J和中性层的位置， 其惯性矩为： . . 用（5）或（5）计算出的J与（4）计算的比较，应大致相等，否则调整片数或断面参数，直至满意为止（相对误差小于5%）。其中各参数选取如下：= n1/n=3/13=1.5/1.04(1+0.5)K=1.293将这些参数值代入公式 相对误差 =(-)/=(22950-22295)/22950=0

9、.00285符合要求。4.板簧的应力校核（1）平均应力抽象成简支梁的板簧在承受载荷Q、变形为fc时，根部应力为：c= c c为许用静应力，经应力喷丸处理的弹簧钢：后簧：c=450550 MPa代入相关数据可得MPa<c 满足要求。 （2）比应力比应力，即单位板簧变形对应的应力。它与载 荷及变形无关，是衡量强度利用程度及使用寿命的一个很好的参数：= （MPa/mm） 在4.55.0 MPa/mm较好。 代入相关数据可得 符合要求 （3）最大应力最大应力即板簧产生最大变形时的应力： 9001000 Mpa 代入相关数据可得： <1000MPa 满足要求。5.各片长度的确定簧片长度是指其

10、各片的伸直长度。有两种设计方法，一是等差级数法，二是作图法。这里采用等差级数法：等差级数法是将板簧总长度与骑马螺栓S之间的差分成与片数相等的长度等差数列，相邻各片的长度差是相等的，根据等差数列法得到各片长度。6.板簧的刚度验算对板簧刚度进行验算时，可以把板簧抽象成前述简支梁（载荷为Q）,也可以抽象成悬臂梁。抽象成悬臂梁的模型其插入端在车轴处，其长度和载荷都是简支梁的1/2，这两种模型在力学特性上是等价的。进行刚度验算有两种方法：一是共同曲率法，一是集中载荷法。此处用共同曲率法。该方法假设：（1）板簧各片之间密切接触，无间隙；（2）忽略片间摩擦力。这两个假设等价于：在板簧的任何截面上，各片的曲率

11、（或曲率半径）及其变化都相等；各片承受的弯矩与其惯性矩成正比。设在任意截面上，第一片（主片）曲率半径为，则第二片为，第片为（各片等厚），或者，由于厚度，故可认为：当载荷变化，变形（挠度）增大后，有：，即式子说明板簧各片在任何载荷下都有相同的曲率半径和变化量。这样我们就可以把它重新组合成图2所示的单片阶梯型梁：0x图共同曲率法的等效模型这是一个端部作用集中载荷的变截面悬臂梁模型。设各截面的弯矩在长度方向的变化为M（x），惯性矩为（x），用能量积分法求出端部变形: U = = 刚度： 整理可得如下公式：式中：为修正系数，修正由于抽象成悬臂梁模型引起得误差，其值由经验确定。一般矩形截面簧片取0.90

12、0.95，双槽钢取0.830.87。 i = 1、2、3n ABCDEFG 为各不同板簧段的惯性矩和。如图3图3 板簧各段的惯性矩在AB段 i = 1, =J1在BC段： i = 2, =J1+J2在CD段： i = 3, =J1+J2+J3 如果式中的各片长度取li=Li/2，则计算出的刚度是板簧总成的刚度可用于检验钢板弹簧的产品刚度。由于各个板簧有相同的厚度与宽度，则各个段的惯性矩相同，即。取0.9 满足要求。 7.各片应力计算上面用共同曲率法，根据假设，在悬臂梁模型根部，各片所承受的弯矩与其惯性矩成正比，即： i = 1n ， 分别为根部的总弯矩和总惯性矩。且 =，故有： 根部应力： 代

13、入数据有 满足要求。主片根部比应力： 为用共同曲率法求出的板簧刚度。 代入数据 符合要求8.预应力及其选择板簧在工作中，以主片断裂最常见。断裂的部位常发生在卷耳附近；骑马螺栓附近；下片的端部。因此，在设计板簧时，适当加强主片的强度，对提高板簧的寿命和可靠性很有必要。加强主片的措施有以下几种：一是多主片（二片或三片），二是主片的厚度大于其他片，三是置预应力。在设计板簧时，有意识地将各片设计成自由状态下的曲率半径不等，自上而下，曲率半径逐渐减小，如图7（b）所示，当中心螺栓装配成总成后，各片便紧密贴合，具有近似相等的曲率半径。如图7（a）所示，这时，虽然外载荷，但由于各片之间的相互作用，各片都产生

14、了一定的应力。很明显，主片及靠近主片的几片，曲率半径变小，上表面有了负应力（压应力）；而下面几片的上表面都有了正应力（拉应力）。这种由于各片之间自由曲率半径不等而相互作用产生的应力叫预应力。设置预应力不仅能够充分利用材料，提高板簧寿命和可靠性，而且可以使片间贴合更紧，防止泥沙进入片间。 （a） （b）图7 中心螺栓装配前后的钢板弹簧（）（+）图8 各片预应力分布合理的各片根部预应力分布如图8所示。主片及靠近主片的几片取负预应力。（上表面受压），下面几片取正预应力（上表面受拉），负预应力最大值一般不超过150MPa，正预应力最大值一般不超过6080Mpa。但在板簧悬臂梁模型根部，由预应力产生的弯

15、矩之和应相等： 为各片上表面的预应力，为各片抗弯截面系数。由于所有板簧具有相同的厚度和宽度，则只需要。满足要求。9. 板簧总成自由状态下的弧高及曲率半径计算板簧仅由中心螺栓装配后，应有适当的弧高，否则，就不能保证满载时的弧高fa，因而也就不能保证板簧在适当的状态下工作。总成自由弧高H0可由下式估算：，fa意义同前，为预压缩式的塑性变形，由经验公式计算：代入数据得是与板簧总长和骑马螺栓中心矩S有关的附加变形，可用下式估算：代入数据得 板簧自由状态的曲率半径与有图9所示关系：R0H0L图9 板簧长度、曲率半径与弧高的关系故有： 代入数据得 =1765.5mm 10. 各片在自由状态下的曲率半径及弧

16、高计算板簧各片在未装配前的曲率半径和弧高是板簧制造必不可少的参数（例如弯曲成型机靠模和冲头的曲率半径都要由决定），设计者必须明确给出。由材料力学知，受弯矩作用的梁：为曲率，为梁的挠曲线表达式。因此各片在用中心螺栓装配前后由预应力产生的曲率变化为：其中为由预应力产生的弯矩，R0为装配成总成的曲率半径。但， 因此： 为第i片的自由曲率半径，为第i片厚度。 各片在自由状态时的弧高为： 在确定之后，一般还要验算一下板簧总成的曲率半径和弧高是否与式（34）和式（31）计算的结果相符，差别较大时，仍要调整参数。与各片有如下关系：若各片厚度相等，则可简化为： 代入数据 mm总成弧高：代入数据 R0误差： H

17、0误差：符合要求11. 板簧的动应力和最大应力钢簧弹簧叶片的工作状况比较恶劣，在设计时，除对上述静应力进行计算外，还要对动应力和极限应力进行校核。（1）、动应力是板簧从满载静止变形起，继续变形，直到动行程消失，各片上表面所增加的拉应力。 由于应力与变形（挠度）成正比，因此各片的动应力与静止应力有下述关系：故： （2）、最大应力最大应力为各片静应力与动应力的叠加： 其中最大值，满足要求。 钢板弹簧的材料为60Si2MnB， 为许用最大应力 1200MPa*0.85=1020MPa，符合要求。五、参考文献1王望予.汽车设计(第4版)M.北京：机械工业出版社，20062陈家瑞.汽车构造(第3版)M.

18、北京：机械工业出版社，2009.23白象忠.材料力学M.北京：科学出版社，20074韩宗奇.课程设计指导书5汽车工程手册.机械工业出版社，2000年6汽车构造.吉林工大编，机械工业出版社，2005年 第三版7最新汽车设计实用手册M.哈尔滨： 黑龙江人民出版社，2005年nc =2.1Hzfc=77.16mmQ=7644NCs=99.07N/mmQ0=2354Nf0=23.72mmn0 =3.78HzL=1280mmHa =15mmfd上=62.5mmfd下=60mmn=13=3=0.125=1.293K=0.5S=140mmb=60mmh=7mm22950mm422295mm4相对误差=2.8

19、5c=292MPa=668.81MPa=1280mm=1280mm=1280mm=1180mm=1080mm=980mm=880mm=780mm=680mm=580mm=480mm=380mm=280mml1=605mml2=605mml3=605mml4=555mml5=505mml6=455mml7=405mml8=355mm=305mm=255mm=205mm=155mm=105mm=70mm=0mma2=0mma3=0mma4=50mma5=100mma6=150mma7=200mma8=250mma9=300mm=350mm=400mm=450mm=500mm=570mmY1=5.83×10-4Y2=2.92×10-4Y3=1.94×10-4Y4=1.46×10-4Y5=1.17×10-4Y6=9.72×10